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12/06/2017
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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
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