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PBERTH

Importance des aspects physiologiques de la consommation d’oxygène et de l’endurance

pour la prescription d’une activité physique –Application à un environnement particulier :

les activités subaquatiques

16 mai 2017

Alain Duvallet - François Lhuissier

Notion d’énergieDéfinition des METS

3 métabolismes énergétiques

Modifié d’après Mc Ardle WD, Katch FI, Katch VI, in Exercise Physiology, 1996

Glycolyse - Pas d’O2

Exercices courtsAcide lactique

O2

Glucides, LipidesExercices longs H2O - CO2

ATP – PcrPas d’O2

Pas d’acide lactiqueExercices très brefs

Unité énergétique

• Le Joule

• 4,18 J = 1 cal

• 1 cal : quantité d’énergie nécessaire pour augmenter d’1°C la température d’1g d’eau à 25°C (de 25 à 26°C)

Notion de « Puissance »

• C’est l’énergie produite par unité de temps

• En Watts

• 1 J . s-1 = 1 Watt

Métabolisme basal

• Fonctionnement de base des cellules et principaux organes

• Couché, à jeun, environnement stable et thermiquement confortable

• ♀ : 40 W.m-2, ♂ : 45 W.m-2 (39 kcal.m-2.h-1)

• En dehors des conditions basales, dépense de repos ≈ 1 kcal.kg-1.h-1

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. • Varie selon l’aliment utilisé : Glucides : 21,3 kJ . L-1

Protides : 18,8 kJ . L-1

Lipides : 19,6 kJ . L-1

• Equivalent énergétique moyen de l’ O2 :

20 kJ . L-1 (5 kcal . L-1)

Plutôt 21 kJ . L-1 à l’exercice

Equivalent énergétique de l’O2

On a vu :

En dehors des conditions basales :

≈ 1 kcal.kg-1.h-1

Equivalent énergétique moyen de l’O2 :

20 kJ . L-1 (5 kcal . L-1)

Donc en dehors des conditions basales :

0,2 L.kg-1.h-1

Soit : 3,5 mL.kg-1.min-1 (1 MET)

Dépense énergétique de repos

. .

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.

. .

.

La dette d’oxygène sera « remboursée » en fin d’exercice

La VO2

.

Adaptation de la consommation d’oxygène à l’exercice musculaire

Equation de Fick

Modifié d’après Mc Ardle WD, Katch FI, Katch VI, in Exercise Physiology, 1996

Hémoglobine

Débit cardiaqueDébit sanguin musculaire

Métabolisme aérobie

O2

CO2Ventilation

VO2 = QC X D(A-V) O2

O2CO2

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Etapes du Transport d’O2

1 - Convection Ventilatoire

222 OFVOFVOV EEII

2 - Diffusion alvéolo-capillaire 2222 OPOPODOV CAL

3 - Convection circulatoire 222 OCOCQOV VAC

4 – Diffusion capillaro-tissulaire 2222 OPOPODOV TCT

Métabolisme tissulaire 2OM

VO2 max directe en laboratoire.

Exercice dynamique d’intensité croissante

..

.

Matériel des Epreuves d’Effort

• Ergomètres Tapis roulant

Ergocycle….

• MesuresECG

tensiomètre

Analyse des échanges gazeux (débits, VO2…)

Gaz du sang, lactates

SpO2

Ergomètres Ergomètres

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Appareils de mesure

Appareils de mesure Appareils de mesure

Matériel des Epreuves d’Effort

• Ergomètres

• Mesures

→ L’ergomètre et les appareils de mesure doivent être étalonnés régulièrement

→ débitmètre et analyseur de gaz étalonnés avant chaque VO2max

→ Le choix du matériel est fonction de l’objectif du test

.

Détermination de VO2max chez un kayakiste de haut-niveau

Épreuves d’effort en médecine du sport

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Examen à visée cardiologiquechez un kayakiste de haut-niveau

Épreuves d’effort en médecine du sport Protocole d’Epreuve d ’Effort

Test triangulaire Test rectangulaire

.

.

.

.

.

Exercice dynamique d’intensité croissante

.

.

.

Variables surveillées

• Energétiques : VO2, VO2max (L.min-1 ou mL.min-1.kg-1)

VCO2

Seuils ventilatoires – seuils lactiques

• Cardio-vasculaires : FC – FCmax (bpm)

Troubles du rythme, de la repolarisation +/- profil tensionnel Pouls d’O2 (VO2/FC) : reflet du VES (mL d’O2.bat)

• Respiratoires : VE (L.min-1)

FR (cpm)

SpO2 (%)

..

.

.

Evolution de VO2

VO2max VO2pic - VO2 SLergomètre adapté

.

.

. .

Fin du test

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Critères de maximalité de l’Epreuve d’Effort

• Épuisement du sujet

• Plateau de VO2

• FCmax ≥ FMT (220-âge +/- 10 bpm)

• QR > 1,1 (QR = VCO2/VO2)

• Lactates > 6 mmol.L-1

3 critères sur 5

VO2max chez des hommes sportifs de haut-niveau

(Joussellin et al Sci Sports, 1990, 5:39-45)

• Marathon : 80 mL.min-1.kg-1

• Cyclisme : 75 mL.min-1.kg-1

• Ski de fond : 70 mL.min-1.kg-1

• Aviron : 68 mL.min-1.kg-1

• Natation : 60 mL.min-1.kg-1

• Football : 60 mL.min-1.kg-1

• Rugby : 55 mL.min-1.kg-1

PMA - VMA

PMA Pmax

VO2max indirecte

VO2max indirecteen laboratoire

Estimation indirecte de la VO2

en fonction de la puissance développée

Pour 1 Watt (soit 1 J.s-1) pédalé sur l’ergocycle, si le rendement est de 25% : 4 J.s-1 dépensés

On sait que l’équivalent énergétique moyen de l’O2 est 20 J.mL-1 d’O2

Donc la consommation d’O2 pour 1 Watt pédalé (4 J.s-1 dépensés) est : 4/20 mL.s-1 soit 4x60/20 = 12 mL.min-1 d’O2

Si l’on veut :

- utiliser l’unité habituelle rapportée au Poids du sujet :

mL.min-1.kg-1

- tenir compte du métabolisme de repos de 3,5 mL.min-1.kg-1

La consommation d’O2 pour P Watts pédalés peut donc être estimée par :

VO2 = P x 12 / Poids + 3,5 en mL.min-1.kg-1

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Estimation indirecte de la VO2maxen fonction de la VMA

VO2max = VMA x 3,5 en mL.min-1.kg-1

(coefficient de 3,7 à 3,08)

Évaluation sous-maximaledu VO2max

Fille100 Watts140 bpm

→ 3 L.min-1

de VO2max estimée

Évaluation sous-maximaledu VO2max

Tests de terrain

Tests de terrain

• Pas de surveillance médicale obligatoire

• Plus proches des conditions réelles du terrain

• Moins chers

• Facilement répétés

VO2max directe

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• Test de Cooper : distance maximale en 12’

– VO2max = 22,351 x d - 11,288 mL.min-1.kg-1

VO2max indirecte

• Test navette de 20m de Léger

– bip sonore

– la vitesse ↗ toutes les 2’

– Relances : métabolismes anaérobies (sports collectifs ++)

VO2max indirecte

• Test navette de 20m de Léger

VO2max = 5.86 V-atteinte – 19.46

Pour des enfants de moins de 18 ans :

VO2max = 31.025 + 3.238 x V-atteinte – 3.248 x âge + 0.156 x âge x V-atteinte

VO2max indirecte• Test de Léger-Boucher

– Plot tous les 50m

– Estimation de VMA

– VO2max = 14,49 + 2,143 v + 0,0324 v2 mL.min-1.kg-1

– Enfants : VO2max = 22.859 x v – 0.8664 x âge + 0.0667 x âge x v

• Epreuve de Brue

– Suivre un cycliste

• VAM – Eval (Cazorla et Léger)

– Plots séparés de 20m

– + 0,5 km/h toutes les min

– VO2max = 3,5 v (mL.min-1.kg-1)

Les seuils

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Zones transitionnelles : les « seuils »

• « Le » seuil

• Seuil d’accumulation

• 1er seuil - 2ème seuil

• Seuils aérobies - anaérobies

• Seuils lactiques

• Seuils ventilatoires

Seuils lactiques

Efforts à puissances constantes

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Effort progressif

Seuils lactiques

• SL 1

≈ 2 mmol.L-1

• SL2

≈ 4 mmol.L-1

→ « le seuil »

Exercice d’intensité croissanteRuptures de pente lactatémie

SL1 SL2

Seuils lactiques 2 mmol.L-1 et 4 mmol.L-1

Limites de la notion de seuil

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Seuils ventilatoires

Efforts à puissances constantes

Exercice d’intensité croissanteRuptures de pente VE, VO2, VCO2

VE

VCO2

VO2

Wasserman et al.

Exercice d’intensité croissanteRuptures de pente VE, VO2, VCO2

VE

VCO2

VO2

Wasserman et al.

SV1 SV2

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Relationseuils lactiques

–seuils ventilatoires

?

Hypothèse

• SV1 :↗ production CO2

→ s�mule les centres respiratoires

→ ↗ VE et VCO2

• SV2 : système tampon saturé→ ↘ pH

→ s�mule les centres respiratoires

→ ↗ VE

Exercice d’intensité croissanteRuptures de pente VE, VO2, VCO2

VE

VCO2

VO2

Wasserman et al.

SV1 SV2

Mais

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Au total

• SV1 ≈ SL1

= seuil aérobie

• SV2 ≈ SL2

= « le » seuil = seuil d’accumulation

= seuil anaérobie

rarement atteint lors du test en pathologie

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Pourquoi déterminer les seuils ?

→ corréla�on avec fréquence cardiaque

ou puissance

ou % VO2pic

• Sportifs : conseils entraînement, allures de course

(suivi de l’entraînement)

• Patients : évaluation des efforts réalisables en « aérobie stricte » (quotidien) : SV1

• Réentraînement : obésité, personnes âgées, maladies chroniques (BPCO…)

Contrôle des intensités d’exercice

• Temps de course sur piste

• Allure au GPS

• Puissance sur vélo

• Fréquence cardiaque

Principesdes intensités d’exercice

et de l’entraînement

Entraînement intermittentIntensités d’exercice

• Capacité aérobie – “endurance fondamentale”

• Capacité aérobie – “endurance active”

• Au seuil

• Puissance aérobie

• Puissance maximale aérobie

• Puissance et capacité lactique

Capacité aérobie “fondamentale”Capacité aérobie “fondamentale”

• Sous le 1er seuil

• “Endurance fondamentale”

• Anaérobie très peu mise à contribution

• Temps de soutien : plusieurs heures

• Effort continu – pas d’intermittent

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Capacité aérobie “active”Capacité aérobie “active”

• Au dessus du 1er seuil

• “Endurance active”

• Temps de soutien > 3h

• Allure marathon

• Intervalles effort : 10 à 45’ (1 rep)

• Récupération 3 à 5’

Au seuilAu seuil

• Vitesse maximale de non accumulation de l’acide lactique : 2ème seuil ou juste en-dessous

• Capacité maximale aérobie

• Temps de soutien ≈ 60’

• Allure semi-marathon

• Intervalles effort : 5 à 20’

• Récupération 1 à 5’

Puissance aérobiePuissance aérobie

• Au dessus du 2ème seuil

• Temps de soutien ≈ 10-40’

• Allure 10 km

• Intervalles effort : 1 à 5’

• Récupération 1 à 5’

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Puissance maximale aérobiePuissance maximale aérobie

• A PMA-VMA - vVO2max

• Temps de soutien ≈ 4’-10’

• Allure 1500-3000m

• Intervalles effort : 30” à 2’

• Récupération = temps effort

Puissance et capacité lactiquePuissance et capacité lactique

• Au-dessus de PMA-VMA

• Situation de déficit d’O2

• Acide lactique

• Intervalles effort : 10” à 1’

• Récupération 3 à 5’

VO2 et santé

• Composants “santé” de la condition physique :

– Endurance cardiovasculaire

– Endurance musculaire

– Composition corporelle

– Force musculaire

– Souplesse

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• Composants “santé” de la condition physique :

– Endurance cardiovasculaire

– Endurance musculaire

– Composition corporelle Masse grasse-maigre

– Force musculaire Fibres musculaires

– Souplesse

VO2max.

• Composants “aptitude” de la condition physique :

– Adresse

– Coordination

– Equilibre

– Puissance

– Temps de réaction

– Vitesse

Effet de la condition physique sur la mortalité

Blair et al., JAMA, 198913334 sujets pendant 8 ans

Hommes

Femmes

1 MET = 3,5 mL.min-1.kg-1

VO2max :

MET max :.

Blair et al., JAMA, 1989

Blair et al., JAMA, 1989 6213 hommes, Myers et al., NEJM, 2002

-38%

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ObjectifsRecommandations ACSM

• Aérobie ≥ 2h30’/sem (ou ≥ 1h15’ vigoureux)– si modérée (40-60% FCR)

• sessions ≥ 30’• en ≥ 5x/sem

– si vigoureux (>60% FCR)• sessions ≥ 20’• en ≥ 3x/sem

– ou combinaison des deux

• Renforcement musculaire 2-3 x/sem• Équilibre – coordination 2-3 x/sem• Assouplissements ≥ 2x/sem

Individualisation des séances

Utilisation en pathologie

• Exemple de l’insuffisance cardiaque

Wisloff, Circulation, 2007

Aerobic Interval TrainingModerate Continuous Training