Épreuves d’exercice

musculaire et aptitude

aérobie

P. Mucci

Master 1ère année EOPS

UES EOPS 1. Évaluation de la performance

ECUF EOPS 1.3. Fonctions cardio-respiratoires et musculaires

I

Définition

Epreuve d’Exercice Musculaire:

– Exploration fonctionnelle effectuée dans des conditions de

l’exercice musculaire (niveau métabolique > repos)

– Permet d’évaluer les capacités d’adaptation des différentes

fonctions de l’organisme au « stress » que représente l’exercice

Indications :

– Diagnostique

– Evaluative

Définir les facteurs limitants de l’exercice musculaire

II

Tests empiriques

Exemple du test de Ruffier

IR = P0 + P1 + P2 - 200

10

Basé sur les effets de la condition physique sur la relation existant entre

l’évolution de la fréquence cardiaque et l’intensité de l’exercice

P0 = pouls au repos

P1 = pouls fin d’effort

P2 = pouls après 1 min de récup assise

Indice de résistance de Ruffier :

Condition physique :

- IR = 0; Excellente

- 0 à 5; Très bonne

- 5 à 10; Bonne

- 10 à 15; Moyenne

- 15 à 20; Médiocre

III

Tests d’évaluations

indirectes de VO2max

Repose sur :

– Linéarité de l’augmentation de VO2 par rapport à l’intensité

d’exercice (jusqu’au max)

– Linéarité de l’augmentation de Fc par rapport à l’intensité

d’exercice (jusqu’au max)

Conséquences :

– On peut évaluer indirectement VO2 à partir de Fc

– On peut évaluer indirectement VO2max à partir de quelques valeurs

reccueillies lors d’exercice à des intensités sous-maximales (<

PMA)

Exemple 1. Test de Sjostrand (ou P170)

• Exercice sur ergocycle, 3 paliers de 5 min à 50, 100 et 150

watts

• Fc relevée à la fin de chaque palier

• Tracer la relation Fc vs Puissance

• Calculer la PMA théorique en utilsant la relation et la Fcmax

théorique (220-âge)

(initialement la Fcmax = 170 bpm)

• Calculer VO2max à partir de 1 watt = 10,3 ml/min de VO2

Calcul par extrapolation

Exemple 2. Test d’Astrand et Rythming (1954)

• Exercice de 6 min sur ergocycle à intensité amenant à Fc ~ 150 bpm

(~2 watts / kg de MC, fréquence de pédalage ~ 70 rpm)

• Relevé de la Fc à la fin de chaque min

• Modification de la charge si Fc cible non atteinte (140-160 bpm) à la fin

de la 3ème min

• Fc stable dans les 2 dernière minutes (Δ < 5 bpm)

Utilisation d’un Nomogramme pour calculer VO2max

Nomogramme d’Astrand et Ryhming

Il permet d’estimer VO2max à partir d’une

fréquence cardiaque d’exercice sous-maximal.

Ici est posé l’hypothèse d’un rendement

énergétique constant.

Utilisation:

- Tirer un trait horizontal soit par la puissance

développé sur ergocycle (échelle a), soit par le

poids du sujet si un test de montée de marche

ou step-test est utilisé (échelle b). Lire sur

l’échelle 1, la valeur de VO2 correspondant à

l’exercice effectué

- Tirer une droite passant par la valeur de

l’échelle 1 et par la valeur de Fc relevée au

cours de l’exercice (échelle 2). Cette droite

coupe l’échelle 3 sur la valeur estimée de

VO2max.

Step-test : 22,5 montées de marche/min.

Marche de 33 cm pour femmes et 40 cm pour

Hommes.

Exemple 3. Test de Cooper (1968)

• Parcourir la plus grande distance possible en 12 min sur piste balisée tout

les 100m

• Calcul de VO2max à partir de tableau de normes ou d’équations prédictives :

VO2max (ml/min/kg) = (22,351 X distance(km)) – 11,288

Sédentaires = 0,022 X distance(m) – 10,39

Sportifs = 0,011 X distance(m) + 21,90

Exemple 4. Test progressif de Léger et Boucher (1981)

• Courir sur piste balisée tout les 50m à des vitesse imposés à partir de 8 km/h

(ou 6, ou 10 selon niveau) et augmentation de 1km/h toutes les 2 min

• Dernier palier complété = VMA

• Calcul de VO2max par équation :

VO2max (ml/min/kg) = 14,49 + 2,143.VMA (km/h) + 0,0334.VMA2

ou équation simplifiée : VO2max = 3,5 VMA(km/h)

IV

Tests de mesure directe

de VO2max

.

1°) Principaux éléments requis

• Maximum de sécurité et minimum d’inconfort

• Minimiser les facteurs de variations externes de la mesure

• Surveillance rythme cardiaque

• Appareillage de mesure des débits ventilatoires et analyseurs d’O2 et CO2

• Ergomètre ou terrain adéquat

• Charge de travail musculaire modifiable à la demande et en rapport avec le

statut de la personne (sédentaire, sportifs, patients…)

• Échauffement

• Durée contrôlée

2°) Les ergomètres

A) Ergocycles ou cyclo-ergomètres

– Frein mécanique

– Frein électromagnétique

B) Tapis roulant

C) Ergomètres particuliers

D) Terrains

Conditions environnementales à prendre en compte

3°) Les protocoles d’exercice

• Augmentation de la charge de travail progressive et régulière jusqu’au max

• Durée optimale du test entre 6 et 15 min => ~10min d’exercice (hors échauffement)

• Choix d’incrémentation la plus confortable mais suffisante pour atteindre VO2max

• Nécessité de prendre en considération les spécificités individuelles (âge, sexe,

niveau d’entraînement…)

• Inclure un échauffement

10 min

3.1°) sur bicyclette ergométrique

Exemples de protocoles standards:

Hommes de 20 ans :

- 3min à 30 watts (échauffement) + 25 watts/min (tout venant)

- 3 min à 60 watts + 30 watts/min (sportifs endurance)

Femmes de 20 ans :

- 3min à 30 watts (échauffement) + 20 watts/min (tout venant)

Possibilités de calculer l’échauffement et incréments :

- 3 min à 20% de la PMA théorique

- 10 min d’exercices avec incrément d’1 min pour les 80% de PMA restants

Exemple de Calcul de la VO2max théorique par équation de Wasserman et al

(1987):

VO2max (ml/min) = MC X (50,72 – 0,372 âge) : Hommes

VO2max (ml/min) = (42,8 + MC) X (22,78 – 0,17 âge) : Femmes

• Enlever la VO2 basale ~ 250 ml/min de VO2

• Convertir la VO2max en PMA (1 watt = 10,3 ml/min de VO2)

Exemple :

PMA théorique = 300 w

20% de PMA = 60 w (échauffement)

80% de PMA = 240 w, divisé par 10 paliers = 25 watts/min

3.2°) sur Tapis roulant

Exemples de protocoles standards:

Utilisation du protocole Léger & Boucher avec pente de 1% pour simuler résistance de l’air : possibilité de déterminer une VMA

Départ 7 km/h (pente 1 à 3%), augmentation de 1 km/h par palier de 1 min, à 10 km/h augmentation de la pente de 2% par palier.

Dépend de la qualité du tapis roulant.

4°) Critères d’atteinte de VO2max

Le protocole a été efficace à condition que la VO2max est été bien

atteinte. Pour cela il faut que l’analyse des données remplisse au

moins trois des critères suivant :

- Plateau de VO2 (augmentation de VO2 entre deux paliers<150-200 ml/min

ou <2ml/min/kg)

- QR > 1,1 (>1 chez enfants)

- Atteinte d’au moins 90% de la Fcmax théorique

- Lactatémie > 8mM

- Impossibilité de maintenir la cadence imposée malgré encouragements

(limitation musculaire)

5°) Influence de l’incrémentation

Si l’exercice a été réellement maximal (durée totale comprise entre 8 et 17

min pour un protocole optimal) l’incrémentation choisie n’a pas d’influence

significative sur VO2max , VEmax, Fcmax

Par contre PMA est protocole dépendant (mauvais facteur)

La VO2 au seuil semble être indépendante du protocole à condition qu’il y ait

suffisamment de paliers (palier 1 min optimaux)

6°) Influence de l’ergomètre

VO2max Tapis (+10%) > Bicyclette > Bras (-20-30%)

La VO2 (l/min) au seuil Tapis > vélo mais pas exprimé en % VO2max

7°) Appareillage de mesure directe

Principe de base : VO2 (l/min) = VE (l/min) X (FiO2 (0,293) – FeO2)

Mesure au niveau de la bouche (embout buccal ou masque)

VE => pneumotachographe

FeO2 et FeCO2 => Analyseurs CO2 et O2

ECG ou Cardiofréquencemètres

. .

Mesure avec sacs

(spiromètre et analyseurs)

Mesures en cycle à cycle

Appareillage fixe Appareillage portable

7°) Paramètres usuels mesurés

Ils sont mesurés sur une durée moyenne de 15 à 30s à la fin de chaque palier

7.1) VO2max

Si critères de maximalité atteints, autrement VO2pic (possibilité de contrôler

avec un exercice rectangulaire après repos à 110% de PMA)

Évaluation aérobie

7.2) PMA ou VMA

Prennent en compte l’économie de mouvement (course à pieds+++) Évaluation et individualisation de l’entraînement

7.3) Fcmax

220 – âge (Asmussen)

210 – 0,65âge (>50ans)

208 – 0,7 âge (Tanaka 2001) quel que soit l’entraînement ou sexe

Critère de maximalité

7.4) Paramètres sous-maximaux : seuils ventilatoires et

seuils lactiques

Anciennement seuils anaérobies

Intensités d’exercice correspondant à des limitations de l’apport

énergétique aérobie à l’exercice = facteur de l’aptitude aérobie

Corrélés à des performances d’endurance

Exprimé en % VO2max, index d’endurance aérobie

Peuvent être caractérisés par une intensité, par une VO2, par une Fc

Intérêt particulier de SV2 pour les sportifs car apparaissent différentes limitations

physiologiques à la performance aérobie (métaboliques, ventilatoires, apport

en O2 aux muscles, au cerveau …)

Détermination des seuils ventilatoires

- VE ne varie pas linéairement

- Deux Seuils Ventilatoires coïncidant plus ou moins avec seuils lactiques

Acide lactiques

libération de H+

H2CO3 H2O+CO2

+ HCO3-

VE avec VE/VO2 = SV1 . . .

.

Acide lactiques

libération de H+

VE avec VE/VO2et VE/VCO2

= SV2

. . . . .

Mais aussi implication de K+, T° et

catécholamines

Méthode de Wasserman :

Graphique VE/VO2 et VE/VCO2 en fonction (intensité ou VO2)

SV1 = VE/VO2 et VE/VCO2

SV2 = VE/VO2 et VE/VCO2

Méthode de Beaver :

Graphique VCO2 en fonction (intensité ou VO2)

Cassure dans la relation = SV1

Valeurs après échauffement et avant SV2

Optimisation de la détermination des seuils :

- enlever les valeurs de repos et échauffement

- suffisamment de valeurs pour une cinétique (incrément et durée de paliers)

- plusieurs évaluateurs car détermination avec une part subjective

- attention aux déterminations automatiques souvent erronées

Expression des seuils :

- en VO2 (évaluation : en l/min ou ml/min/kg ou %VO2max pour l’endurance)

- en intensité d’exercice watts ou km/h (individualisation de l’entraînement mais utilisation du même ergomètre)

- en Fc (bpm) transposable au terrain ou à différentes activités (individualisation de l’entraînement)

Détermination des seuils Lactiques

Implication de la filière glycolytique dans exercices aérobies

SL1 première élévation de [lact] enfonction de l’intensité

SL2 accumulation brutale de [lact] (associé à baisse importante de pH)

Détermination à partir d’une cinétique et non pas de valeurs standard de [lact] tels

que 2 mM pour SL1 et 4mM pour SL2 (perte de son intérêt individuel)

Facteurs de variations de la mesure

[Lact]sanguin est la résultante :

- de la production musculaire et de la diffusion dans le sang

- de l’élimination et utilisation par les autres tissus (oxydation,

glucogenèse)

• Donc difficulté d’interpréter les concentrations, mais interprétation

possible de la cinétique

• Différents sites et modes de prélèvements sanguins

• Éviter les poses entre palier pour faciliter le prélèvement

Détermination d’un seuil de Fc (Conconi et al, 1982)

Déflection de la courbe de Fc en fonction de l’intensité

= intensité correspondante serait corrélé au SL2

seuil

Fc

Vitesse de course

Protocole spécifique : vitesse de course varie par paliers de distance (200m)

débute en parcourant 200m en 72s puis on diminue le temps de 2 secondes puis 1 seconde

max

Plusieurs problèmes :

La déflection n’apparaît pas chez tous les sujets (relation

linéaire ou accentuation chez d’autres)

Déflection dépend du protocole (de nombreux article

décrivent l’absence de ce point)

Pas d’explication physiologique entre SL et Seuil de Fc

8°) Paramètres particuliers

- Réserve ventilatoire : (Limitations respiratoires)

RV (%) = [(VEmax théorique – VEmax mesurée)/ VEmax théorique] X 100

VEmax théorique = VEMS x 35 (VEMS : volume expiratoire maximal seconde)

Normalement 30 à 15%, si RV épuisée alors limitation ventilatoire

(rarement le cas chez sains sauf certains sportifs d’endurance)

- Réserve cardiaque : (Limitations cardiaques)

RC = Fcmax théorique – Fcmax mesurée

Normalement ~ 0% car fonction cardiaque limitante de VO2max

- Mesure de perception de l’effort (RPE) :

échelles de Borg

(Limitations musculaires ou centrales)

- Mesure de l’oxygénation artérielle : SaO2 et PaO2

Prélèvements ou saturomètre

(Limitation de l’apport en O2)

- Mesure de l’oxygénation musculaire :

NIRS (spectroscopie du proche infra-rouge) ou différences artério-veineuse du

Contenu en O2 (prélèvements)

(Limitation de l’utilisation musculaire de l’O2)

Nécessité d’avoir des protocoles et des systèmes

de mesure fiables

Nécessité de mesures reproductibles

Nécessité de calibration d’appareillage de mesure