Le VO2 max, intérêt chez le sportif

L’épreuve d’effort avec mesure des échanges de gaz est un examen qui permet d’évaluer l’aptitude aérobie d’un sportif. Cette exploration est aussi largement utilisée pour déterminer l’origine d’une dyspnée d’effort (essoufflement anormal), l’objectif étant la recherche du facteur limitant (cardiologique, respiratoire ou musculaire).

Ce test est différent d’une épreuve d’effort cardiologique classique qui est avant tout orientée vers l’adaptation cardiovasculaire à l’effort, et ne prennent pas en compte la composante respiratoire, à savoir le VO2.
Les volumes d’O2 et de CO2, inspirés et expirés, sont recueillis à l’aide d’un masque, et vont permettre d’analyser l’adaptation respiratoire du sportif par rapport à l’intensité de l’effort demandé.

Voici quelques éléments qui permettront de connaitre l’intérêt de ce test chez le sportif.

Les principes de base:

Pour clarifier dès le départ la situation, comparons le corps en mouvement à un moteur de voiture:

– le muscle serait le corps du moteur (avec les mitochondries qui sont des petites usines qui fabriquent de l’énergie)
– le carburant serait le glycogène et les lipides (apportés par l’alimentation)
– comme tout moteur, il fonctionne avec de l’oxygène (qui entre par les poumons et qui est transporté grace à la pompe cardiaque) comme schématisé ci-dessous:


A partir de là, on comprend aisément que pour parvenir à réaliser un exercice d’intensité croissante (pour produire donc de l’énergie), il faut:

  1. en augmentant les entrées d’oxygène (nous respirons plus vite et plus amplement), c’est la capacité de diffusion (qui peut être limitée par une pathologie respiratoire, par l’altitude ou chez l’adulte extrême,
  2. en augmentant le transport de l’oxygène (accélération de la fréquence cardiaque , du volume d’éjection du coeur…), c’est la capacité de transport (qui peut être limitée par une anémie, une pathologie cardiaque mais inversement augmenté par l’auto-transfusion et la prise d’EPO),
  3. en améliorant le métabolisme musculaire (par augmentation de l’action des enzymes oxydations, de la densité capillaire et de l’apport de substrats).

Durant un travail physique intense et prolongé, l’aptitude d’un individu dépend surtout de sa faculté à prélever (au niveau des poumons), transporter (par le sang), délivrer de l’oxygène aux muscles en activité, qui eux-mêmes pourront l’utiliser au maximum.

Le volume d’oxygène consommé est le VO2 à un moment donné. Au maximum de l’exercice aérobie (énergie produite par combustion avec consommation d’oxygène), c’est le VO2max. Le VO2max correspond à un niveau d’effort au delà duquel on ne peut pas apporter plus d’oxygène à notre moteur. Ainsi, le VO2max permet de déterminer l’aptitude physique d’un individu à effectuer un travail intense et prolongé.

Au cours du test d’effort, les volumes d’O2 et de CO2, inspirés et expirés, sont recueillis à l’aide d’un masque, et vont permettre d’analyser l’adaptation respiratoire du sportif par rapport à l’intensité de l’effort demandé.

Amélioration du VO2max

Chez l’adulte, l’amélioration du V02max  par l’entrainement est modérée (15 à 20%). Il est par contre possible d’améliorer la capacité à utiliser un important pourcentage du VO2max  pour effectuer un exercice (aller plus vite pour  un même VO2max) . C’est cette faculté d’utiliser le maximum de sa consommation d’oxygène pendant le temps le plus long qui conditionne les possibilités de performance pour les efforts d’endurance. Plus l’endurance maximale aérobie se rapproche du V02max, plus le sportif est capable d’améliorer ses performances.

Il n’ a pas obligatoirement de corrélation entre le VO2max et la performance chez le sportif (contrairement au sujet sédentaire).
Ce qui est important chez le sportif c’est de mesurer l’économie de course,  le pourcentage de VO2max au seuil et de caractériser la balance glucide-lipidique à l’effort.

La consommation d’oxygène augmente avec l’intensité de l’effort, pour finir par se stabiliser « en plateau » à partir d’une certaine intensité (plafonnement des possibilités d’adaptation du sportif à l’effort demandé). Le VO2max est alors atteint.
La valeur maximale du VO2 recueilli lors d’une épreuve d’effort est un témoin de la capacité maximale du métabolisme aérobie d’un sportif (ou patient) à l’effort.

Les paramètres mesurés exploitables par le sportif

FC max : souvent inférieure à celle du terrain qui est lié à une composante anaérobie, avec le stress et les conditions de pratique…
Cette fréquence cardiaque est souvent plus élevée sur vélo que sur tapis (tout comme le VO2 max).

PMA : puissance maximale développée, correspondant à la consommation maximale d’oxygène. La PMA n’est donc pas forcément la puissance maximale atteinte.

VMA :utilisée pour les tests sur tapis, la VMA correspond à la vitesse développée lorsque le VO2max est atteint. Cette VMA n’exclut pas la possibilité pour le sportif de courir encore quelques secondes de plus au palier supérieur. On notera le cas échéant la vitesse maximale atteinte en plus de la VMA.

Les seuils : tôt ou tard, selon son niveau d’entraînement, l’organisme fait appel à une plus grande proportion du métabolisme anaérobie, d’ou une production plus ou moins importante d’acide lactique. Dans une première phase, l’acide lactique peut être métabolisé par l’organisme (donc re-cyclé), mais au fur et à mesure que la charge augmente, cette réutilisation du lactate est limitée et il n’est plus possible compenser la production des ions H+, d’où, progressivement apparition d’une acidose métabolique.

SV1: « seuil d’adaptation ventilatoire »: bon indice de la capacité endurante (aérobie) ou autrement dit de l’endurance maximale aérobie. En travaillant au-dessus de SV1, on travaille efficacement son endurance. Sert aussi de référence pour ré-entraîner certains malades (insuffisants cardiaques, diabétiques, asthmatiques, …).  Chez un sportif « endurant », SV1 se situe au dessus de 65 % du VO2max. Un SV1 inférieur à 40% du VO2max théorique signe un limitation périphérique (musculaire).

SV2: « seuil d’inadaptation ventilatoire » (degré de charge à partir duquel une augmentation encore plus grande de l’effort se traduit par une augmentation très rapide de l’acidose).
Le SV2, associé au VO2max, permet de personnaliser le suivi de l’entraînement.  Ainsi, en travaillant au-dessus de SV2, on va pouvoir programmer des séances de fractionnés ciblées sur la filière dite « anaérobie ». Chez un sportif entraîné, SV2 se situe au-dessus de 80 % du VO2max.

La zone située entre les deux seuils ainsi déterminés s’appelle zone de transition aérobie-anaérobie.

En pratique, la valeur de seuil anaérobie (S2) qui est intéressante pour le sportif car elle permet de déterminer à quel pourcentage du V02max on passe de l’état métabolique favorable à l’autre. Plus ce pourcentage sera élevé, meilleure sera la capacité d’endurance du coureur.

Applications à l’entraînement

L’ensemble des applications à l’entraînement va résulter de l’identification de SV1 et SV2.

La capacité aérobie peut se définir comme la capacité à utiliser le potentiel aérobie. Car il ne suffit pas d’avoir un excellent VO2max pour avoir un haut niveau de performances aérobies.

L’entraînement devra comporter des séances orientées vers le développement de cette aptitude, par une alternance de travail aérobie et d’exercices de puissance (fractionné long).

Même si le VO2max reste peu ou pas modifiée au cours de la saison, ce qui compte c’est être capable pour un même VO2 de développer des puissances ou une vitesse supérieures.

L’entraînement cherchera à décaler le plateau d’endurance précédemment décrit (donc le SV2) vers la droite, c’est-à-dire vers des puissances supérieures. Pour la même adaptation énergétique, l’effort produit sera alors supérieur. D’autres indicateurs pourront également témoigner d’une amélioration, telle que des FC inférieures pour un niveau de puissance identique. La fraction d’utilisation de l’O2 pourra également être modifiée.

La répétition de ces tests au cours d’une saison sportive montre en général ce type de progression. Un VO2max identique n’exclut pas une amélioration du niveau de performance.

Matériel utilisé au CMTS 2A: 
Quark CPET cardio Pulmonary Exercise Testing COSMED, test sur vélo ou tapis.

Optimiser le suivi des footballeurs

En début de cette nouvelle saison 2015-2016, l’effectif professionnel a effectué, après 9 semaines d’entraînement, une évaluation de la tolérance à l’entrainement par mesure de la variabilité de la fréquence cardiaque. Cet outil, qui permet de caractériser la fatigue dans une optique de gestion physiologique du joueur, a été organisé à l’initiative du staff technique et médical.Les joueurs étaient réunis dans la salle de musculation en ce mardi matin, sous l’œil attentif du Dr Gilles Testou, responsable médical à l’AC Ajaccio, Olivier Pantaloni, entraîneur, Pierre Bazin, préparateur physique et Laurent Schmitt, chercheur associé à l’Université de Lausanne.

Sans titre

Les Acéistes ont subi des tests médicaux dont le principe est le suivant: avec un cardio-fréquence-mètre adapté, on évalue l’activité du système nerveux autonome avec, au final, un profil personnalisé de chaque joueur à l’instant T.

Les objectifs de cette évaluation sont nombreux, comme l’adaptation des séances d’entraînement, la mise en place de techniques de récupération et de relaxation. Cette mesure est effectuée 2 fois par saison de manière collective sur l’ensemble du groupe, mais également de manière ponctuelle en fonction des joueurs “ciblés” (diminution des performances, sensation de fatigue…). La séance d’évaluation a été effectuée sous la responsabilité de Laurent Schmitt(*), chargé de ce suivi à l’ACA depuis 2 ans et demi.

Une approche moderne de la préparation athlétique
dans une optique de performance

«Le football a tout intérêt à se rapprocher des ces praticiens qui ont une approche globale du sportif, un recul suffisant apporté par l’expérience et par les travaux scientifiques validés. Pas uniquement en ce qui concerne la variabilité de la fréquence cardiaque mais en ce qui concerne l’approche moderne de la préparation athlétique» a expliqué le Dr Gilles Testou.

Le préparateur physique Pierre Bazin a souligné que cette évaluation permet de coller au plus près aux besoins du joueur. Le but final est de maîtriser la préparation de chaque joueur en lui proposant les meilleures solutions possibles pour le rendre performant: « l’idée c’est d’avoir l’état de forme des joueurs à l’instant T, savoir comment ils ont digéré les neuf semaines d’entraînement.

Chaque organisme a sa réponse propre à la charge de l’entraînement. Les données de cette synthèse générale vont nous permettre d’adapter la récupération et le travail athlétique. Les premiers résultats sont encourageants et nous consolident dans l’orientation du travail adoptée » a -t-il conclu.

(*) Laurent Schmitt est le responsable du département de l’optimisation de la performance et de la recherche au centre National d’entrainement de ski nordique de Premanon, Docteur en Biologie, agrégé d’EPS, chercheur associé à l’Université de Lausanne, Laurent Schmitt travaille auprès des sportifs de haut-niveau dans d’autres domaines que les sports nordiques (qui restent son activité principale avec le suivi des équipes de France de ski nordique). En effet, sa collaboration s’effectue auprès de la Fédération Française de tennis (conseiller scientifique pour la FFT), du pôle France de natation d’Antibes, des cyclistes de l’équipe AG2R, de la Fédération Française de triathlon.

Extrait de l’article de l’ACA Football (sept 2015)

Bilan HRV 150915

Activités physiques et perte de poids

Anomalies musculaires dans l’obésité et le diabète de type 2 : intérêt de l’activité physique ciblée.

Les sujets obèses et les patients diabétiques de type 2 présentent des anomalies musculaires qui conduisent à une insulino-résistance et à des altérations du métabolisme du glucose et des oxydations (dégradation avec l’aide de l’oxygène) des lipides au repos et au cours de l’exercice.

L’activité physique régulière est actuellement reconnue comme un moyen de prévention et une thérapeutique particulièrement efficace dans l’obésité et le diabète de type 2 avec les effets attendus suivants :

-facilite la perte de poids et la perte de masse graisseuse avec participation au maintien de la perte de poids à long terme
-réduit la tension artérielle
-améliore le bilan lipidique (triglycérides et cholestérol)
-améliore la sensibilité à l’insuline, prévient l’apparition du diabète
-participation à la perte pondérale et surtout au maintien de la perte de poids à long terme
-amélioration de la composition corporelle (augmentation de la masse musculaire et diminution de ma masse graisseuse sous-cutanée et intra-viscérale)
-augmentation de la densité minérale osseuse
-évite l’apparition du diabète
-meilleure qualité de vie

Toutefois, si les bénéfices de l’activité physique régulière sont admis, sa prescription reste insuffisamment répandue et surtout trop souvent empirique car généralement pas individualisée à partir de bases physiopathologiques précises.

Dans le but d’améliorer la prescription de l’activité physique chez les sujets obèses et les patients diabétiques de type 2, il a été développé une méthode d’exploration à l’effort qui permet d’une part d’analyser les troubles de l’oxydation des glucides et lipides qui résultent des anomalies métaboliques musculaires et de définir de définir une intensité optimale de ré-entraînement.

Cette méthode consiste en la réalisation d’une épreuve d’effort à la recherche du point de croisement de l’utilisation des glucides et des lipides au cours de l’exercice (la puissance pour laquelle l’énergie est fournie à 70% par les glucides et à 30% par les lipides).

Au-delà de ce point, toute augmentation de la puissance de l’exercice accroît la dépendance vis à vis des glucides au détriment des oxydations lipidiques (qui sont prioritaires dans les objectifs que nous cherchons à atteindre).

En pratique, cette épreuve d’effort consiste à faire réaliser au patient a jeun, 5 paliers de 6 minutes sur cycloergomètre (vélo)  à des intensités correspondant à 20%, 30%, 40%, 50% et 60% de la puissance maximale théorique. Les échanges gazeux sont mesurés en cycle à cycle, au repos et durant les trois dernières minutes de chaque niveau d’exercice. A chaque niveau, les débits d’oxydation glucidique et lipidique sont déterminés.

Deux puissances d’exercice peuvent être déterminées afin de caractériser la balance glucido-lipidique à l’effort : celle correspondant au point de croisement des débits d’oxydation des glucides et des lipides (PC GL) et celle correspondant au débit maximal d’oxydation lipidique (Lipox max).

Sur les différentes études réalisées, après un ré-entraînement pendant deux mois à raison de 3 séances de 45 min par semaine, il a été démontré que ce type de prescription individualisée de l’intensité de ré-entraînement avait un effet favorable sur la composition corporelle (diminution de la masse grasse et maintien de la masse maigre) et permettait un déplacement du Lipox max et du PCGL vers des intensités plus élevées d’exercices (effet bénéfique de ce ré-entraînement sur les anomalies métaboliques musculaires).

Quel bilan préalable avant activités physiques ?

Le système cardio-pulmonaire : tension artérielle, électrocardiogramme d’effort, réalisation d’un test d’effort métabolique pour déterminer le niveau d’entraînement correspondant à l’oxydation (l’utilisation) maximale de des lipides pendant l’effort. L’appareil locomoteur, les yeux pour le diabétique (fond d’œil préalable).

Déroulement de l’épreuve d’effort métabolique:

Objectif du test proposé :

Evaluer l’aptitude aérobie, rechercher un facteur limitant éventuel (musculaire, cardiaque ou pulmonaire) et rechercher les repères pour affiner le réentraînement. En cas de symptomatologie d’effort, le test nous aidera à mieux comprendre les problèmes ressentis lors de l’exercice (essoufflement, fatigue, douleurs musculaires…).

L’épreuve d’effort en pratique :

Prévoir une tenue de sport adaptée pour l’épreuve d’effort ainsi qu’une serviette pour se sécher après l’effort.  Si un bilan cardio-vasculaire a été prescrit au préalable, pensez à l’apporter le jour de l’examen.

Pendant l’examen, une surveillance permanente est effectuée; elle concerne:

– votre électrocardiogramme
– votre pression artérielle
– votre ventilation grâce à un masque ou un embout buccal
– votre essoufflement et la fatigue de vos membres inférieurs
– votre saturation en oxygène au niveau capillaire (capteur sur un doigt) selon les cas

Le médecin peut être par ailleurs amené à réaliser une épreuve fonctionnelle respiratoire avant et après l’exercice.

Les risques liés à la réalisation d’un test d’effort :

La salle test dispose d’un matériel adapté en cas de complication; les risques sont peu fréquents (troubles du rythme cardiaque, malaise, complications articulaires ou musculaires, chute lorsque le test se déroule sur tapis) et les complications graves sont très exceptionnelles (infarctus, arrêt cardiaque, décès).

En cas de problème sérieux, nous serions alors amenés à vous hospitaliser afin de vous surveiller et de vous donner un traitement adapté.

La prescription des activités physiques ciblées en pratique :

Après réalisation du tes d’effort précédemment décrit (épreuve métabolique) qui permet de déterminer précisément les objectifs cibles.

Prévoir au minimum 3 séances de ré-entraînement par semaine, au ninimum 45 minutes par séance, à une intensité qui sera contrôlée avec l’aide d’un cardio-fréquence-mètre le plus souvent (petit appareil qui enregistre la fréquence cardiaque).

Si diabète : surveillance de la glycémie capillaire avant et après effort, se munir de sucre rapide, à prendre si hypoglycémie.

L’activité physique sera très progressive, modérée, à distance d’un repas (idéal 3h) avec échauffement et récupération indispensables, associée à  une répartition alimentaire diversifiée, équilibrée sur 3 à 4 repas. Il sera par ailleurs demandé de modifier ses habitudes (prendre un escalier, se garer à distance d’un lieu de RDV, éviter de prendre votre véhicule pour un petit trajet…).

Quelles activités physiques proposées :

Activités ciblées et contrôlées : 3 fois par semaine type marche, course à pied, vélo, elliptique

Activités complémentaires : randonnée pédestre, natation, gymnastique…

Le choix se fera en fonction des possibilités locales, physiologiques ou mécaniques.

Bases scientifiques ayant inspiré l’article : Service de Physiologie Clinique. Unité métabolique (CERAMM). CHU de Montpellier. 34295 MONTPELLIER cedex 5