Hyperbaric Oxygen Therapy
L’Hyperbaric Oxygen Therapy (HBO) ou Oxygénothérapie Hyperbare est un moyen de traitement, par l’oxygène et la pression, bien connu dans le domaine médical et celui de la plongée sous-marine. Mais qu’en est il de son application dans le traitement des pathologies sportives ?
1) Présentation théorique et description de la technique [1] [2] [3] [4]
L’oxygénothérapie hyperbare est une modalité thérapeutique d’inhalation d’oxygène pur (100%), par un sujet placé dans un caisson d’acier ou de polymère à une pression supérieure à la pression atmosphérique absolue (= 1 ATA = 1bar).
a) Champs d’application de la technique :
Dans la littérature, en plus des contre-indications de la HAS 2007 (cf. Annexe), il est aussi cité : la BPCO, les infections respiratoires ; une fièvre d’origine inconnue ; l’anémie sphérocytaire ; certains traitements chimiothérapiques et médicamenteux ; les pace-maker avant 2009 ; un séjour prolongé en altitude, une fragilité de l’oreille interne, la claustrophobie.
Parmi les indications médicales (cf. tableau 2 [3]), certaines peuvent être plus souvent rencontrées par les kinésithérapeutes : ischémie de parties molles, cicatrisation de plaies difficiles, des brûlures étendues >20%.
Enfin, les applications potentielles dans le milieu sportif sont : les contusions ; les Lésions Myo-Aponévrotiques (LMA) ; les lésions ligamentaires (cheville, LCM, LCA) ; les fractures, la récupération (DOMS) et le sommeil.
b) Description pratique :
Le patient est placé dans une chambre monoplace ou multiplace et les vaisseaux sont généralement pressurisés entre 1,5 et 3,0 ATA, pendant 60 à 120 minutes, une ou deux fois par jour lors d’une ou plusieurs séances. Les modalités sont variables dans la littérature. L'HBO est limitée par les effets toxiques de l'oxygène à une pression maximale de 300 kPa (3 bars ou 3 ATA). Le caisson multiplace, plus onéreux, permet le traitement de plusieurs patients tout en ayant un accès direct car ils respirent à travers un masque. Il est possible de surveiller la tension artérielle, de faire un électrocardiogramme et de fournir des médicaments et des liquides par voie intraveineuse pendant le traitement.
c) Effets escomptés de la technique :
Cette thérapie résulte de 2 facteurs essentiels : l’élévation barométrique et l’élévation de la pression partielle en oxygène qui reposent sur 2 lois physiques : la loi de Mariotte et la loi de Henry. L’HBO va permettre de diminuer la taille des bulles gazeuses (l’oxygène) et d’augmenter la quantité d’O2 dissous dans le plasma. Par exemple, en respirant de l'oxygène pur à 2 ATA, la teneur en oxygène dans le plasma est 10 fois plus élevée par rapport à la respiration de l'air au niveau de la mer. L'oxygène se diffusera dans des zones hypo-perfusés et donc inaccessibles à ces molécules lors du transport habituel par l'hémoglobine (ex : jonction myotendineuse, tendon, ligaments).
Les effets physiologiques de l’HBO à court terme sont : la vasoconstriction, l'amélioration de l'apport en oxygène, la réduction de l'œdème, l'activation de la phagocytose, les effets anti-inflammatoire et anti-bactérien. La néovascularisation (angiogenèse dans les tissus mous hypoxiques), la néo-ostéogenèse ainsi que la production de collagène par les fibroblastes sont reconnues comme effets à moyen terme grâce à l’alternance d’état hypoxique et hyperoxique. Un équilibre délicat est nécessaire pour la croissance des fibroblastes (de 1 à 2 bar ou à 2,5 bar selon les études) . L’HBO a donc un intérêt dans les 3 phases de cicatrisation tissulaire.
L’oxygénothérapie hyperbare est une modalité thérapeutique d’inhalation d’oxygène pur (100%), par un sujet placé dans un caisson d’acier ou de polymère à une pression supérieure à la pression atmosphérique absolue (= 1 ATA = 1bar).
a) Champs d’application de la technique :
Dans la littérature, en plus des contre-indications de la HAS 2007 (cf. Annexe), il est aussi cité : la BPCO, les infections respiratoires ; une fièvre d’origine inconnue ; l’anémie sphérocytaire ; certains traitements chimiothérapiques et médicamenteux ; les pace-maker avant 2009 ; un séjour prolongé en altitude, une fragilité de l’oreille interne, la claustrophobie.
Parmi les indications médicales (cf. tableau 2 [3]), certaines peuvent être plus souvent rencontrées par les kinésithérapeutes : ischémie de parties molles, cicatrisation de plaies difficiles, des brûlures étendues >20%.
Enfin, les applications potentielles dans le milieu sportif sont : les contusions ; les Lésions Myo-Aponévrotiques (LMA) ; les lésions ligamentaires (cheville, LCM, LCA) ; les fractures, la récupération (DOMS) et le sommeil.
b) Description pratique :
Le patient est placé dans une chambre monoplace ou multiplace et les vaisseaux sont généralement pressurisés entre 1,5 et 3,0 ATA, pendant 60 à 120 minutes, une ou deux fois par jour lors d’une ou plusieurs séances. Les modalités sont variables dans la littérature. L'HBO est limitée par les effets toxiques de l'oxygène à une pression maximale de 300 kPa (3 bars ou 3 ATA). Le caisson multiplace, plus onéreux, permet le traitement de plusieurs patients tout en ayant un accès direct car ils respirent à travers un masque. Il est possible de surveiller la tension artérielle, de faire un électrocardiogramme et de fournir des médicaments et des liquides par voie intraveineuse pendant le traitement.
c) Effets escomptés de la technique :
Cette thérapie résulte de 2 facteurs essentiels : l’élévation barométrique et l’élévation de la pression partielle en oxygène qui reposent sur 2 lois physiques : la loi de Mariotte et la loi de Henry. L’HBO va permettre de diminuer la taille des bulles gazeuses (l’oxygène) et d’augmenter la quantité d’O2 dissous dans le plasma. Par exemple, en respirant de l'oxygène pur à 2 ATA, la teneur en oxygène dans le plasma est 10 fois plus élevée par rapport à la respiration de l'air au niveau de la mer. L'oxygène se diffusera dans des zones hypo-perfusés et donc inaccessibles à ces molécules lors du transport habituel par l'hémoglobine (ex : jonction myotendineuse, tendon, ligaments).
Les effets physiologiques de l’HBO à court terme sont : la vasoconstriction, l'amélioration de l'apport en oxygène, la réduction de l'œdème, l'activation de la phagocytose, les effets anti-inflammatoire et anti-bactérien. La néovascularisation (angiogenèse dans les tissus mous hypoxiques), la néo-ostéogenèse ainsi que la production de collagène par les fibroblastes sont reconnues comme effets à moyen terme grâce à l’alternance d’état hypoxique et hyperoxique. Un équilibre délicat est nécessaire pour la croissance des fibroblastes (de 1 à 2 bar ou à 2,5 bar selon les études) . L’HBO a donc un intérêt dans les 3 phases de cicatrisation tissulaire.
2) Retour scientifique sur la technique
a) Une étude publiée en 2018 [4], a analysé les effets de l’HBO à 2,5 ATA d’oxygène pur pendant 2h, une fois /jour pendant 5 jours, lors d’un suivi sur 10 semaines d’environ 400 rats de laboratoire ayant subit une contusion au mollet. En mesurant la concentration en oxygène (fig 1), ils ont remarqué que l’HBO a entraîné une oxygénation abondante du muscle squelettique en hypoxie à la suite de la blessure. L'oxygénation tissulaire a été supérieur au groupe témoin pendant 30 heures. La figure 2 illustre la réduction du volume et de la masse humide du muscle donc l’œdème aigu induit par la contusion musculaire à 6h, 24h et 3jours en utilisant l’HBO. Cette technique a aussi permis de diminuer l'espace extracellulaire à 24h et la perméabilité vasculaire (fig 3A,B,C). Sur le plan histologique et statistique, des HBO répétés augmentent le nombre de myofibres en régénération à 5 et 7 jours post-lésionnel (fig 3D et E). L’oxygénothérapie hyperbare répétée a amélioré la récupération de la force isométrique des contractions musculaires et tétanique (figure 4) Ces chercheurs ont examiné les proportions de cellules positives CD11b (marqueur de cellules inflammatoires), CD68 (marqueur de monocytes), et des cellules CD163 et CD 206 (les deux marqueurs anti-inflammatoires des macrophages)(fig 5). L'HBO a réduit la proportion de cellules inflammatoires et a augmenté celle des monocytes à 24h (qui se différencieront en macrophage). Elle a aussi accéléré le pic d'infiltration pan-macrophagique et a induit une infiltration plus importante de macrophages anti-inflammatoires dans les muscles lésés. En analysant les rapports Pax7 / MyoD (figure 6), ils ont démontré que l’HBO accélère la prolifération précoce et la différenciation des cellules satellites à 1 et 3 jours. Elle a aussi augmenté le nombre de cellules satellites différenciées et au repos à 3 et 5 jours. La figure 7 met en évidence que l’HBO induit l'expression de l'IL-6 et donc de la protéine STAT 3 plus tôt qu’en l'absence de traitement dans la phase aigu post-lésionnelle.
b) En 2016, des chercheurs de l’université du Colorado ont réalisé une revue de littérature sur l’utilisation de l’HBO pour les syndromes post-commotion [5]. La littérature leur a fourni 5 études de niveau 1 suffisamment pertinentes pour être prises en compte. Une seule étude a soutenu l'utilisation de l'HBO contrairement aux quatre autres études. Bien qu’aucune différence n'ait été notée entre les groupes de traitement et témoin, il y a eu une amélioration chez tous les sujets au cours des six mois de suivi. Malgré les limites de ces études et les conclusions contradictoires, quelques recommandations pour la poursuite des études étaient présentes. Les auteurs concluent qu’il existe plus de preuves pour réfuter l’utilisation de l’HBO pour le syndrome post-commotionnel que pour le justifier.
C) Une étude japonaise de 2015 a évalué l’intérêt de l’HBO sur la fatigue musculaire du mollet après un exercice maximal intermittent de flexion plantaire chez 20 sujets [6]. Le groupe HBO a respiré de l'oxygène pur (100%) sous une pression de 2,5 atmosphères (ATA) pendant 60 minutes. Ils ont utilisé l’électromyographie de surface pour analyser la contractibilité du triceps sural après des stimuli du nerf tibial cutané. Une diminution plus faible de la force musculaire a été observée dans le groupe HBO. Leurs résultats suggèrent l’intérêt de cette technique dans la récupération musculaire notamment dans les sports avec des sauts répétés. Cependant, une étude brésilienne en 2016 sur 11 athlètes a analysé les différents marqueurs sanguins (Ck, AST, ALT, LDH) et la récupération perçue après un entrainement intense de jiu-jitsu brésilien [7]. L’HBO était d’environ 2.4 bar d’O2 pur pendant 90min. Les auteurs concluent qu’il n’y a pas eu d’effet significatif sur les marqueurs et que la récupération ressentie est potentiellement due à l’effet placebo. Dans la littérature plus ancienne, des résultats contradictoires sont aussi présents.
a) Une étude publiée en 2018 [4], a analysé les effets de l’HBO à 2,5 ATA d’oxygène pur pendant 2h, une fois /jour pendant 5 jours, lors d’un suivi sur 10 semaines d’environ 400 rats de laboratoire ayant subit une contusion au mollet. En mesurant la concentration en oxygène (fig 1), ils ont remarqué que l’HBO a entraîné une oxygénation abondante du muscle squelettique en hypoxie à la suite de la blessure. L'oxygénation tissulaire a été supérieur au groupe témoin pendant 30 heures. La figure 2 illustre la réduction du volume et de la masse humide du muscle donc l’œdème aigu induit par la contusion musculaire à 6h, 24h et 3jours en utilisant l’HBO. Cette technique a aussi permis de diminuer l'espace extracellulaire à 24h et la perméabilité vasculaire (fig 3A,B,C). Sur le plan histologique et statistique, des HBO répétés augmentent le nombre de myofibres en régénération à 5 et 7 jours post-lésionnel (fig 3D et E). L’oxygénothérapie hyperbare répétée a amélioré la récupération de la force isométrique des contractions musculaires et tétanique (figure 4) Ces chercheurs ont examiné les proportions de cellules positives CD11b (marqueur de cellules inflammatoires), CD68 (marqueur de monocytes), et des cellules CD163 et CD 206 (les deux marqueurs anti-inflammatoires des macrophages)(fig 5). L'HBO a réduit la proportion de cellules inflammatoires et a augmenté celle des monocytes à 24h (qui se différencieront en macrophage). Elle a aussi accéléré le pic d'infiltration pan-macrophagique et a induit une infiltration plus importante de macrophages anti-inflammatoires dans les muscles lésés. En analysant les rapports Pax7 / MyoD (figure 6), ils ont démontré que l’HBO accélère la prolifération précoce et la différenciation des cellules satellites à 1 et 3 jours. Elle a aussi augmenté le nombre de cellules satellites différenciées et au repos à 3 et 5 jours. La figure 7 met en évidence que l’HBO induit l'expression de l'IL-6 et donc de la protéine STAT 3 plus tôt qu’en l'absence de traitement dans la phase aigu post-lésionnelle.
b) En 2016, des chercheurs de l’université du Colorado ont réalisé une revue de littérature sur l’utilisation de l’HBO pour les syndromes post-commotion [5]. La littérature leur a fourni 5 études de niveau 1 suffisamment pertinentes pour être prises en compte. Une seule étude a soutenu l'utilisation de l'HBO contrairement aux quatre autres études. Bien qu’aucune différence n'ait été notée entre les groupes de traitement et témoin, il y a eu une amélioration chez tous les sujets au cours des six mois de suivi. Malgré les limites de ces études et les conclusions contradictoires, quelques recommandations pour la poursuite des études étaient présentes. Les auteurs concluent qu’il existe plus de preuves pour réfuter l’utilisation de l’HBO pour le syndrome post-commotionnel que pour le justifier.
C) Une étude japonaise de 2015 a évalué l’intérêt de l’HBO sur la fatigue musculaire du mollet après un exercice maximal intermittent de flexion plantaire chez 20 sujets [6]. Le groupe HBO a respiré de l'oxygène pur (100%) sous une pression de 2,5 atmosphères (ATA) pendant 60 minutes. Ils ont utilisé l’électromyographie de surface pour analyser la contractibilité du triceps sural après des stimuli du nerf tibial cutané. Une diminution plus faible de la force musculaire a été observée dans le groupe HBO. Leurs résultats suggèrent l’intérêt de cette technique dans la récupération musculaire notamment dans les sports avec des sauts répétés. Cependant, une étude brésilienne en 2016 sur 11 athlètes a analysé les différents marqueurs sanguins (Ck, AST, ALT, LDH) et la récupération perçue après un entrainement intense de jiu-jitsu brésilien [7]. L’HBO était d’environ 2.4 bar d’O2 pur pendant 90min. Les auteurs concluent qu’il n’y a pas eu d’effet significatif sur les marqueurs et que la récupération ressentie est potentiellement due à l’effet placebo. Dans la littérature plus ancienne, des résultats contradictoires sont aussi présents.
3) Conclusion
L’oxygénothérapie hyperbare est unanime dans le milieu médical et semble prometteur dans la prise en charge de pathologie sportives. Ses effets physiologiques lors des 3 phases de cicatrisation tissulaire après une contusion, une LMA, une lésion ligamentaire ou osseuse sont intéressants. Il est encore nécessaire de déterminer les conditions optimales pour ces indications orthopédiques (pression, durée du traitement, durée et fréquence des séances). Les études sur l’homme dans ce domaine sont relativement rares et la qualité des preuves de l'efficacité de l'OHB reste faible. Malgré des résultats positifs, il est nécessaire de disposer d'échantillons plus importants, d'essais cliniques randomisés, contrôlés, à double insu sur des humains, et de préférence des athlètes.
L’oxygénothérapie hyperbare est unanime dans le milieu médical et semble prometteur dans la prise en charge de pathologie sportives. Ses effets physiologiques lors des 3 phases de cicatrisation tissulaire après une contusion, une LMA, une lésion ligamentaire ou osseuse sont intéressants. Il est encore nécessaire de déterminer les conditions optimales pour ces indications orthopédiques (pression, durée du traitement, durée et fréquence des séances). Les études sur l’homme dans ce domaine sont relativement rares et la qualité des preuves de l'efficacité de l'OHB reste faible. Malgré des résultats positifs, il est nécessaire de disposer d'échantillons plus importants, d'essais cliniques randomisés, contrôlés, à double insu sur des humains, et de préférence des athlètes.
Bibliographie :
[1] Hyperbaric oxygen effects on sports injuries ; Barat P and al. ; Ther Adv Musculoskel Dis 2011 ; DOI : 10.1177/ 1759720X11399172
[2] Rapport de la HAS sur l’oxygénothérapie hyperbare (2007) ; www.has-sante.fr
[3] Indications de l’oxygénothérapie hyperbare en urgence ; J. Bessereau et coll. ; Pôle Réanimation Urgences SAMU Hyperbarie, Assistance Publique des Hôpitaux de Marseille
[4] Hyperbaric oxygen reduces inflammation, oxygenates injured muscle, and regenerates skeletal muscle via macrophage and satellite cell activation ; Oyaizu T and al. ; Sci Rep. 2018 Jan 22 ; 8(1) : 1288. DOI : 10.1038/s41598-018-19670-x.
[5] The Effectiveness of Hyperbaric Oxygen Therapy as a Treatment for Postconcussion Symptoms ; Hawkins JR, Gonzalez KE, Heumann KJ ; J Sport Rehabil. 2017 May ; DOI : 10.1123/jsr.2015-0087. Epub 2016 Nov 11.
[6] Effects of hyperbaric oxygen on muscle fatigue after maximal intermittent plantar flexion exercise ; Shimoda M and al. ; J Strength Cond Res. 2015 Jun ; 29(6) : 1648-56. DOI : 10.1519/JSC.0000000000000809.
[7] The Effects of Hyperbaric Oxygen Therapy on Post-Training Recovery in Jiu-Jitsu Athletes ; Branco BH and al ; PLoS One. 2016 Mar 9;11(3):e0150517 ; DOI : 10.1371/journal.pone.0150517 ; eCollection 2016.
