Consommation d'oxygène VO2. Dr Vincent DANIEL Biologie et médecine du sport CHU Rennes

Transcription

1 Consommation d'oxygène VO2 Dr Vincent DANIEL Biologie et médecine du sport CHU Rennes

2 VO2 1.Définition 2.Mesure 3.VO2 et exercice musculaire 4.VO2max et variations physiologiques 5.Facteurs limitants de la VO2max

3 1.Définition La VO2 est le débit d'oxygène prélevé par le système ventilatoire, transporté par le sang et utilisé par l'organisme Reflet du processus énergétique aérobie => Oxydations cellulaires Responsable de l'apport énergétique au repos et dans tous les efforts de la vie courante > 2-3 min

4

5 Métabolisme énergétique cellulaire

6

7 2.Mesure Mesure des échanges gazeux pulmonaires VO2 = V'iO2 V'eO2 VO2 = V'E (FiO2 FeO2) Conditions STPD Mesure du V'E par pneumotachographe ou turbine => écoulement laminaire Analyse directe de la VO2 en cycle à cycle Mesures indirectes

8 Les besoins énergétiques augmentent proportionnellement à l augmentation de l intensité de l effort Relation entre : CONSOMMATION D OXYGÈNE utilisée (en ml/min) ÉNERGIE CHIMIQUE dépensée (Kcal) TRAVAIL MÉCANIQUE réalisé (watt ou km/h) 1 Cal = 4,18 J ; 1kCal = 4,18 kj 1 W = 1 J/s 1 L O2 = 20 kj et 1ml O2 = 20 J 100 W = 300 ml/min d'o2 => Métabolisme de base : 1800 kcal /j ou 85 à 90 W => Métabolisme de repos : 2000 kcal /j ou 100 W ou 0,25 à 0,3 l/min ou 3,5 ml/min/kg d'o2 ou 1 MET

9 Composition chimique de la basse atmosphère Gaz Symbole Fraction Remarques Azote Oxygène N2 O2 0, ,20946 constant constant Vapeur d eau Argon Dioxyde de carbone Néon Hélium Méthane Krypton Ozone H20 Ar CO2 Ne He CH4 Kr O , , , , , , très variable constant variable constant constant constant constant très variable

10 Conditions d'expression des volumes gazeux Température STPD NTPD ATPD Pression P H2O Standard : 1013 hpa Standard : 0 C (760 mm Hg) Gaz sec (Dry) Standard : 1013 hpa (760 mm Hg) Gaz sec (Dry) Ambiante Gaz sec (Dry) Gaz humide (Saturé à T ambiante) «Normale»* Ambiante ATPS Ambiante Ambiante BTPS 37 C** ambiante ** B pour «Body» Gaz humide (Saturé àmars C

11 3.VO2 et exercice musculaire VO2 dépend de la masse musculaire mise en jeu Variations selon le type d'exercice Rectangulaire (charge constante) Triangulaire (charge croissante) Exercice rectangulaire => 3 phases Exercice triangulaire maximal VO2max PMA ou VMA

12 Exercice rectangulaire

13 Exercice triangulaire Evolution initiale linéaire de la VO2 avec l'augmentation de la charge Puis apparition d un plateau Augmentation < 150mL/min O2 (si > 20 W ou > 1km/h)

14 VO2max Intensité maintenue entre 4 min chez le sédentaire et 8 min chez le sujet entraîné Si pas de plateau de VO2 => pic de VO2 (plus forte mesure moyennée sur 15 s) L intensité de l effort correspondant au début du plafonnement de VO2 : Vitesse Maximale Aérobie (VMA) en course à pied ou en natation Puissance Maximale Aérobie (PMA) en cyclisme ou en aviron Puissance ou Vitesse maximale tolérée VO2max > 10% sur tapis / vélo pour un même sujet (masse musculaire) VO2max < 10 à 15 % chez la femme (masse musculaire) Sédentaire : entre 35 et 45 ml/kg/min Athlète : entre 60 et 85 ml/kg/min

15 VO2max 1924 Alex Hill En routine depuis les années Existe une relation entre la performance sportive et le niveau de VO2max : évaluation du POTENTIEL sportif d un sujet Estimation possible par des tests de terrain Course à pied : formule de Léger et Mercier VO2max (ml/kg/min) = 3,5 x VMA (km/h) Chez le sédentaire x 3,08 Chez le sportif x 3,7 Vélo 1 watt 10,1 à 10,3 ml d O2 VO2max (ml/min) = VO2 de repos + [(10,1 à 10,3) x Puissance (watts)]

16 4.VO2max et variations physiologiques => 20 à 80 (95) ml/min/kg Prédispositions génétiques Valeurs initiale et après entraînement Variations et âge avant 20 ans de 20 à 30 ans 10% / 10 ans > 30 ans Variations et sexe Variations et sport Variations et environnement

17 VO2 max prédites pour des adultes sédentaires (d après Wasserman 1986)

18 VO2 max prédites

19 VO2max mesurée

20

21 VO2 max et sport => Effets de l'entraînement Influence de la composante aérobie de la discipline Avec entraînement de 30 minutes pluri-hebdomadaire le VO2 max augmente de 10 à 30%, maximal au bout de 6 mois puis se maintient Influence génétique sur les effets de l'entraînement sur la V'O2 max Influence de l'âge Influence de la valeur initiale de V'O2 max Effets ++ chez le jeune peu entraîné Variation négative avec le désentraînement

22 VO2max (ml/kg/min) équipes nationales masculines

23 VO2max (ml/kg/min) équipes nationales féminines

24 VO2 max et sport Discipline Sédentaire Ski de fond Cyclisme (route) Marathon Aviron Natation Football Rugby Basket-ball Course à pied (sprint) Haltérophilie VO٢ max (ml.min-١.kg-١) Homme Femme ٤٠ ٣٥ ٨٠ ٨٠ ٦٥ ٧٥ ٦٥ ٦٥ ٦٥ ٦٠ ٥٥-٦٠ ٥٠ ٥٠ ٤٥ ٤٥-٥٠ -

25 VO2 max et environnement Diminution lors de l'exposition à l'altitude baisse de 1% à 580 m pour 72 ml/min/kg d'o2 Baisse de 1,5 à 3,5 % tous les 300 m Amélioration mais pas de normalisation avec l'acclimatation Origine plurifactorielle Baisse du débit cardiaque max en hypoxie prolongée Baisse de la FC max (VES relativement stable) Travail ventilatoire stable (< 5500m) Augmentation de la ventilation Diminution de la densité de l air Baisse de la capacité de diffusion de l O2

26 L aptitude à l effort physique en situation hypoxique (montagne) Évolution de la VO2 max en fonction de l altitude VO2 max (ml/min/kg) Niveau de la mer m Sommet de l Everest 20 VO2 de base (d après J. West Marotte 2008 Capacité aérospatiale PB (mmhg)

27 V'O2 max et environnement Diminution en plongée sous marine (profonde) Liée à la diminution de V'E max (travail des muscles ventilatoires accru) Effets de l immersion : masse volumique eau > 800 celle de l air Augmentation de la pression hydrostatique (> pression alvéolaire) = inspiration à pression négative augmentation du travail inspiratoire = expiration en charge (résistances détendeur) Diminution avec la dénutrition (baisse de la masse musculaire)

28 Modifications physiologiques induites par la plongée

29 5.Facteurs limitants de V'O2 max VO2 = V'E (FiO2 FeO2) La ventilation n'est pas un facteur limitant V'E = FR. VC => repos : V'E = 16.0,5 = 8 L/min => fin effort : V'E = 150 à 200 L/min Réserve ventilatoire en fin effort (20 à 30%) sauf chez l athlète de haut niveau

30 5.Facteurs limitants de V'O2 max Diffusion alvéolo-capillaire facteur limitant de la VO2 max? hypoxémie effort? Légère désaturation artérielle en O2 en fin effort Diffusion O2 vers le GR Par augmentation du débit sanguin capillaire? Œdème pulmonaire? «The surprising thing is not that the capillaries fail, but that they do not so more often» C : capillaire pulmonaire EN : endothélium EP : épithélium alvéolaire IN : interstitium West JB. Stress failure of pulmonary capillaries : role in lung and heart diseases. Lancet 1992; 340: 762

31 5.Facteurs limitants de V'O2 max VO2 Transport = FC. VES. Da-v O2 d'o2 par le sang influence la VO2 max Taux Hb Débit cardiaque (DC = VES. FC) Repos : DC = = 5 L/min Sujet entrainé : VES = 120 à 130 ml Débit cardiaque est le principal facteur d'amélioration de la VO2 max

32

33

34 5.Facteurs limitants de VO2 max Captation d'o2 par le muscle influence la V'O2 max => l'entraînement augmente la capillarisation du muscle et l'extraction d'o2

35 VO2 Reflet du processus énergétique aérobie Importance en pratique clinique Importance en médecine du sport Importance dans le suivi d'entraînement des sportifs