CONSOMMATION MAXIMALE D OXYGENE & SEUIL ANAEROBIE. B.OTHMAN hassen Professeur de physiologie
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1 CONSOMMATION MAXIMALE D OXYGENE & SEUIL ANAEROBIE B.OTHMAN hassen Professeur de physiologie
2 La consommation maximale d oxygène (VO 2 max) Au cours d un exercice d intensité croissante réalisé en laboratoire (sur ergomètre), on constate que : La consommation d oxygène augmente linéairement avec la puissance développée jusqu à une valeur limite Cette valeur reste constante, même si la puissance imposée est encore accrue. Cette valeur limite représente la consommation maximale d oxygène (VO2max) exprimée en litre d O2/min et à laquelle correspond : La puissance maximale aérobie (PMA) exprimée en watts, ou la vitesse maximale aérobie (VMA) exprimée en km/h.
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5 FC % FCmax VO 2 (L.min -1 ). 5,5 5 4, Puissance (watts)
6 Autre expression du VO 2 max Comme le déplacement du poids du corps intervient dans la demande d énergie de la plupart des activités sportives (marche, course, ),
7 1. Définitions quantité maximale d'oxygène par unité de temps qu'un individu peut consommer, c est à dire prélever, transporter et utiliser, dans des conditions d'exercice qui sollicitent totalement ses possibilités cardiovasculaires et respiratoires c est la puissance de travail maximale que le sujet peut développer à VO2max (expression en Watts) c est la vitesse maximale que le sujet atteint lorsqu il est à VO2max (expression en km.h -1 )
8 2. Valeurs En valeur absolue VO2max : 3 l.min -1 environ pour les hommes (soit 10 fois les dépenses de repos), 2 l.min -1 pour les femmes. En valeur relative : VO2max : 45 ml.min -1.kg -1 environ pour les hommes (ce qui représente environ une PMA de 250 watts mesurée sur bicyclette ergométrique), 35 ml.min -1.kg -1 pour les femmes (soit une PMA d environ 200 watts sur bicyclette ergométrique).
9 Les valeurs limites relevées sont : 95 ml.min -1.kg -1 pour les hommes (soit plus 5,5 l.min -1 pour un sujet de 60 kg), 75 ml.min -1.kg -1 pour les femmes (soit près de 4 l.min -1 pour un sujet de 50 kg). Remarque : on est encore loin de VO2max de l antilope = 300 ml.min -1.kg -1.
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11 3. Les facteurs limitant la consommation maximale d oxygène VO 2 max dépend des capacités de : Prélèvement de l oxygène, Transport de l oxygène, Utilisation de l oxygène par l organisme. VO 2 max fait donc intervenir trois grands systèmes : le système pulmonaire, le système cardiovasculaire, les muscles.
12 SYSTEME DE TRANSPORT DE L O2 CaO2 CvO2 Qc = FC x VES VE = Fr x Vt
13 A ce niveau, la consommation d oxygène par l organisme fait intervenir : La ventilation (VE) : les possibilités maximales de ventilation pulmonaire augmente avec VO 2 max : de 120 l/min chez le sédentaire dont VO 2 max = 3 l/min, jusqu à 200 l/min si VO 2 max > 5 l/min La diffusion alvéolocapillaire de l oxygène : elle augmente aussi avec l intensité de l exercice mais il semblerait qu elle plafonne avant VO2max
14 Bien que des controverses existent : le système pulmonaire n est généralement pas considéré comme un facteur limitant de la consommation maximale d oxygène chez des sujets en bonne santé. Chez les athlètes bien entraînés (VO2max > 60 ml.min -1.kg -1 ), il semblerait que la diffusion alvéolocapillaire limite VO2max.
15 VO 2 max, L STPD.min -1. 6,2 5,8 5,4 5,0 4,6 130 Rameurs de niveau international. n = 48 r = 0,49 P < VE max, L BTPS.min -1
16 A ce niveau, la consommation d oxygène va dépendre de trois facteurs principaux : Le débit cardiaque (Q) : «Q = VES X FC» A l exercice, on constate un accroissement du débit cardiaque consécutif à une augmentation conjuguée du volume d éjection systolique (jusqu à 50% de VO2max) et de la fréquence cardiaque (jusqu à une valeur limite déterminée par l âge et égale approximativement à 220 âge).
17 Variations du débit cardiaque Q )(. P-0 Astrand et al. J A P 1964, 19: Débit cardiaque, L.min Exercice maximal Exercice sub-maximal H F Q = 5,5(VO 2 VO 2 rep) + 4,5 (L.min -1 )... Q = FC x Qs Consommation d oxygène, L.min -1
18 La capacité de transport de l oxygène par le sang : C est la quantité d oxygène dont disposent les tissus chaque minute. Elle correspond au produit du débit cardiaque par la concentration du sang artériel en oxygène «Q X CaO2» La concentration du sang artériel en oxygène fait intervenir deux paramètres : la concentration en hémoglobine (Hb), le niveau de saturation de l hémoglobine par l oxygène (SaO2) Or CaO2 n est pas significativement différent entre les sujets disposant d une consommation maximale d oxygène faible, moyenne ou élevée.
19 L irrigation des cellules musculaires : Dépend du nombre de capillaires qui entourent chaque fibre musculaire (capillarisation des muscles).
20 2.3. Les muscles Si les muscles reçoivent suffisamment d oxygène, encore faut-il que cet oxygène puisse être utilisé au niveau local!!! VO2max dépend donc également de l aptitude des muscles à utiliser l oxygène. Cette limitation dite «périphérique» va dépendre principalement de : La typologie des muscles : la richesse en fibres I et IIa. Ces fibres prédominent largement chez les sportifs spécialisés dans les efforts d endurance et sont en petite quantité chez les sportifs des efforts de vitesse. L activité des enzymes oxydatives dans les mitochondries : des relations ont été démontrées entre la quantité d enzymes du cycle de Krebs (SDH = succinate déshydrogénase) et VO2max.
21 L aptitude locale à utiliser l oxygène est déterminée par la différence artério-veineuse en oxygène (CaO 2 - CvO 2 ), (CaO 2 - CvO 2 ) : la différence entre le contenu artériel en oxygène et le contenu en oxygène du sang veineux Plus cette différence est importante, plus le muscle a utilisé un pourcentage important d oxygène. Equation de Fick : VO 2 max = Qmax * (CaO2 - CvO2) = FCmax * VESmax * (CaO2 - CvO2)
22 2.4. Conclusion sur les facteurs limitant VO2max (R. Flandrois) «En définitive, les différents éléments qui composent le système des échanges gazeux conditionnent plus ou moins la grandeur de la consommation maximale d oxygène». Il semble que le facteur limitant pourrait varier avec l aptitude aérobie : Sujets moyennement aptes (VO2max entre 35 et 50 ml.min -1.kg -1 ) : les possibilités fonctionnelles musculaires Sujets dotés d une bonne aptitude aérobie (VO2max entre 50 et 60 ml.min - 1.kg- 1 ) : débit cardiaque Athlètes bien entraînés dont VO2max est supérieure à 60 ml.min-1.kg-1 : une limitation respiratoire Donc plutôt des limites périphériques chez les sédentaires, et des limites centrales chez les sujets bien entraînés.
23 4. Facteurs de variabilité de VO2max Le sexe L âge L hérédité L entraînement
24 4.1. Le sexe : VO2max est statistiquement plus faible ( 25% environ) chez la femme adulte que chez l homme adulte Deux facteurs expliquent cette différence : Le pourcentage de masse grasse est plus élevé chez la femme que chez l homme (25% en moyenne contre 15%). L hématocrite (= concentration de globules rouges dans le sang, et donc d hémoglobine) des femmes est légèrement plus faible que celle des hommes.
25 4.2. L âge Exprimée en valeur absolue (l.min -1 ), VO2max augmente jusqu à l âge adulte, pour atteindre sa valeur la plus élevée à 20 ans en moyenne. Elle se stabilise jusqu à 30 ans pour ensuite décroître progressivement et ne plus représenter à 60 ans que 70% de cette valeur Exprimée en valeur relative (ml.min -1.kg -1 ), VO2max la plus élevée est observée vers la 10 ème année et diminue constamment par la suite chez les sujets sédentaires. En revanche, les sujets entraînés augmentent leur valeur maximale de VO2max jusqu à 20 ans
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27 4.3. L hérédité Les valeurs individuelles de VO2max dépendent en partie du génotype qui affecte : : La capacité de transport de l oxygène La structure du muscle Le rôle de l hérédité intervient pour 25% de la valeur de VO2max (Bouchard et coll, 1986). Mais le domaine où l hérédité intervient de façon la plus décisive concerne la variabilité des effets de l entraînement sur VO2max : un même type d entraînement peut avoir des effets très différents variant de 0 à 40% d amélioration.
28 4.4. L entraînement L entraînement peut déterminer une augmentation de VO2max allant de 0 à 40%, (Moyenne : entre 15 et 20%) Les effets de l entraînement dépendent de l hérédité, mais aussi du niveau de VO2max initial et de l âge : Les effets sont plus marqués chez les sujets jeunes et peu entraînés
29 Les effets de l entraînement sont obtenus grâce à des modifications des facteurs cardiovasculaires et musculaires : Augmentation du débit cardiaque (Q), grâce à une augmentation du volume d éjection systolique (VES) et malgré une baisse de FCmax Amélioration de la capillarisation des fibres musculaires ; Transformation possible des fibres de type IIb en fibres de type IIa ; Augmentation de l activité des enzymes oxydatives ; Augmentation du nombre et du volume des mitochondries.
30 LE SEUIL ANAÉROBIE Seuil anaérobie : intensité de travail (ou VO2) à partir de laquelle la contribution du métabolisme anaérobie à la fourniture d énergie augmente rapidement
31 Plusieurs méthodes de mesure du seuil anaérobie : Mesure de la concentration de l acide lactique dans le sang (seuils lactiques) Mesure de VE et de VCO2 (seuils ventilatoires)
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33 VE et VCO2 augmentent proportionnellement à la charge de travail jusqu à ce que le seuil soit atteint Une fois le seuil est atteint, l augmentation de VE et VCO2 devient plus importante que celle de la charge. Ces changements coïncident avec une brusque augmentation de [lactate] sanguin.
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Le Test d effort. A partir d un certain âge il est conseillé de faire un test tous les 3 ou quatre ans.
Le Test d effort L'épreuve du test d'effort est un examen effectué en général par un cardiologue ou un médecin du sport. Le test d'effort permet de mesurer le rythme cardiaque, la pression artérielle,
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