Mesure directe Prédiction indirecte

Débit maximal de prélèvement d oxygène (VO 2 max, L.min -1, ml.min -1.kg -1 PC, kg MM Puissance maximale aérobie (PMA, Watts, et VMA, km.h -1 ) Mesure directe Prédiction indirecte G Pérès physiologie et médecine du sport CHU site Pitié-salpétrière Université Pierre et Marie Curie gilbert.peres@upmc.fr

définition VO2max Intérêt du VO2max Plan Intérêts, inconvénients et indications de la mesure directe du VO2max Principes et protocole mesure directe du VO2max Principes et précautions pour la mesure indirecte VO2max Matériel Protocole Calculs; interprétation, quelques exemples Limites aux principes; erreurs; avantages, inconvénients, indications

Rappel : Définition VO2max Quantité maximale d oxygène, rapportée à l unité de temps (DEBIT), exprimée en L/min (L.min -1 ), ou ml/min/kg (ml.min -1.kg -1 ) qui peut, lors d un exercice maximal de quelques minutes, être : - prélevée par les poumons, - (fixée sur l hémoglobine du sang,) - transportée par la circulation, - (diffusée par les capillaires aux tissus, en particulier musculaires à l exercice) et - utilisée pour l oxydation de substrats énergétiques (glucose et AG) au niveau de la chaîne respiratoire des mitochondries (MO2max), pour recharge en P ~ de l AMP ou de l ADP en ADP et ATP

Facteurs Impliqués dans APS A P S Morphologie actuelle et en devenir

Muscle : transformateur En ch. (re ) ATP ADP En méca + chaleur AMP + Pi X <=> lactate

Puissance maximale Capacité maximale PMA VMA- VO2max

~2 h i

VO2max PMA Puissance

Facteurs limitants VO2max «Centraux» pulmonaire cardiaque sanguin vasculaire «Périphériques» volume musculaire microcirculation, densité capillaire myoglobine mitochondries: activités enzymatiques

Fr limitants transport O2 Cascade, débits transferts

Paramètres ventilatoires SV2? SV1 Astrand et Rodahl, trad Lacour, Masson Ed

Astrand et Rodahl, trad Lacour, Masson Ed

Astrand et Rodahl, trad Lacour, 1994, Masson Ed

Astrand et Rodahl, trad Lacour, Masson Ed

Unité? Astrand et Rodahl, trad Lacour, Masson Ed

Paramètres cardiovasculaires 1 sujet n sujets Astrand et Rodahl, trad Lacour, 1994, Masson Ed

(repos) Astrand et Rodahl, trad Lacour, 1994, Masson Ed

d après Astrand et Rodahl, trad JR Lacour, 1994

Paramètres (cardio)vasculaires Compliance Artérielle (Rigidité = 1/élasticicité)

Facteurs périphériques : volume musculaire

Facteurs périphériques : transfert 02 Hb -myoglobine

différences d adaptabilité des facteurs limitants, sujets sédentaires Lacour, 1977, colloque St-Etienne

Indications des épreuves d effort en médecine / cardiologie du sport Cardiovasculaire Cardiorespiratoire et évaluation aptitudes aérobies Métabolique Sensori- et psycho- motrices et motrice Ergonomique IMPORTANT => objectifs différents => matériels et protocoles différents? / DU CVS cf cours dédié

EE puissance aérobie / VO2 : Protocoles différents : oui? Patients (âge, sexe, T, P, niveau entraînement aé et surtout du patient + déconditionné au sportif) Ergomètres (nombreux, puissance mesurée?) Durée paliers (30 s à 6 min et plus, selon objectifs) Incréments puissance (10 à 30, voire 80 W / palier) Fréquence pédalage / manivelage (ergocycle) Variables mesurées et calculées POINT IMPORTANT +++ : EE Intensité >= terrain Donc, par principe : MAXIMALE, «exhaustive» Ici : UN exemple de protocole

Un protocole EE (sur ergocycle, ~ 30 ans) 70- (fréquence de pédalage) (force de freinage, kgf) (fréquence Cardiaque, bpm) Vers SV2 Vers SV1

PAS PAS PAD PAD y : Pressions artérielles systolique et diast. / x : Fréquence cardiaque (bpm)

Calculs Zones Transitionnelles ou seuils aé (SV1) et anaé-robie (SV2) Inflexions des relations puissance et : - Lactatémie : seuils OBLA, 2 et 4 mm - Seuils ventilatoires : - SV1, aérobie : inflexion VE, EqO2 (VE/VO2) ( Δ PO2, VT et f), tout début essoufflement (niveau 13 échelle de Borg), légère difficulté à parler (% PMA variable selon niveau d entraînement) (nombre d or) - SV2, anaérobie : QR (VCO2/VO2) > 1 ou EqCO2, net essoufflement (17 ou 18 échelle de Borg) - Autres seuils : FC (seuil Conconi)?

VO2, lactatémie et W Ex Seuil SV1 FC Seuil SV2

Echelle de Borg (sur 20) : Comment percevez-vous l effort? 6 7 TRES TRES LEGER 8 9 TRES LEGER 10 11 LEGER 12 13 NI LEGER NI DUR (SV1) 14 15 DUR 16 (SV2) 17 TRES DUR 18 19 TRES TRES DUR 20 Echelle de perception de l effort, RPE, Borg,1970

Critères d atteinte du VO2max Plateau de consommation d O2 malgré puissance (bien différencier VO2max et pic de VO2) Plateau de fréquence cardiaque ou FC atteinte proche de la FCmax théorique «FMT» * Quotient respiratoire 1,1 Lactatémie 6-8 mmol/l (sauf SHN vélo grimpeur) Epuisement physique malgré forte stimulation de la voix * NB +++ : atteinte ou non, FMT N est PAS un bon critère d atteinte de VO2max, donc épuisement +++ (attention au protocole, à l épuisement musculaire trop précoce ) (d après Lacour et Flandrois, 1977)

Débit maximal de prélèvement d O2 VO2max Astrand et Rodahl, trad Lacour, 1994, Masson Ed

Lacour et Flandrois, 1981

VO2 évaluation rendement «qualité» gestuelle Coût et DE énergétique / Distance parcourue La plus économique selon sujet Vitesse de marche et longueur de foulée les + économiques (fonction taille, poids, L MI ) Monod et Scherrer,

NB : si rendement inchangé d après Astrand et Rodahl, trad JR Lacour, 1994

Avantages mesure directe VO2(max) Méthode de référence De fait méthode de calorimétrie indirecte (et non directe, en chambre calorimétrique ou métabolique), mais pouvoir calorique O2 fiable (5,05 kcal/l ou 20 kj/l et proches entre Gl, Pr et AG : donc mesure DE assez fiable à partir VO2 Evaluation + substrats énergétiques oxydés (à partir QR) Mesure cycle par cycle (états transitoires, vitesse d accrochage ) ou moyennée Evaluation codifiée et objective des zones transitionnelles aé- (SV1) et anaérobies (SV2) Mesure du rendement mécanique : ergonomie/économie du geste sportif (exercices de longue durée)

Inconvénients mesure directe VO2 Période plus ou moins brève (pas pour DE / j) et technique contraignante (matériel encombrant) Matériel coûteux, fragile, délicat de réglage : personnel performant, utilisation régulière Epreuve d effort contraignante, réellement maximale (risques, précautions) Modification du geste sportif, utilisation difficile pour certains sports (natation)

Principes prédiction indirecte VO2max à partir relation W (puissance) / FC (Astrand, 1954) Relation linéaire puissance / VO2 / FC Atteinte des VO2max et FCmax pour même PMA FC repos (FCo) et FCwo identiques FCmax identiques pour tous les sujets d une même tranche d âge Rendement identique pour tous (21-22 %) A % FCmax correspond % VO2max pour tous D où extrapolation possible à partir FC pour W donnée à FCmax et PMA puis VO2max Voir cours dédié le 6 juin

Précautions pour toutes les EE Patients : état CV, patho virale Facteurs : modifications FC : café, tabac, médicaments, Ex, T, compét Rigueur conditions épreuves : TAmb, heure Matériel : - chariot d urgence réa, cardioscope - ergomètre (cycle ), métronome, ventilateur, - ECG (électrodes ), stétho, appareil TA, cardio-fréquencemètre, (oxymètre, EFR) (sauf si non médical)

Rappel : critères de sélection des patients Antécédents familiaux et personnels, facteurs de risque cardio-vasculaire Symptômes lors APS Pathologie récente (+++ infectieuse) Ancienneté de pratique Niveau de pratique Continuité dans la pratique Moment dans la saison Type de pratique tabagisme peu avant l EE (et jamais après ~1h) Etat digestif et assimilé Examen clinique ECG de repos

Précautions: sécurité patients matériel protocole: obligation de moyen Chariot d urgence VALIDE

Défibrillateur vérifié en parfait état de marche

Appareil ECG numérisé 2 fois 6 pistes

Précautions: sécurité dépistage obligation de moyens

Précautions: sécurité obligation de moyen: À l exercice: inapproprié

Ambiances thermiques, confort et risque de coup de chaleur à l exercice intense longue durée

Précautions: confort du patient

Hauteur selle FCmètre Compteur temps, et fréquence (rpm) métronome Capot enlevé Précision poids

Précautions: rigueur: qualité des mesures: hauteur de selle Influence sur confort et rendement

Capot oté protection Compteur temps, et fréquence (rpm) manivelles

Précautions: rigueur: précision des mesures de puissance (force freinage x fréquence de pédalage) Ergocycle mécanique

Précautions: rigueur: précision des mesures Δ : 0 à 6 %! Ici : - 1,64 % 986,4 g / 1000 g

Précaution : rigueur = précision mesures de temps

Précaution: rigueur: précision mesures fréquence pédalage

Précaution: rigueur: précision mesures fréquence cardiaque

Précautions = rigueur: précision des mesures de volumes et débits

Précautions = rigueur : précision mesures de pressions partielles de gaz

Protocole Quel ergomètre : mécanique / électronique? Quelle durée des paliers? Quelles puissances : forces de freinage x fréquences de pédalage? Quel échauffement? Exhaustivité, pour qui, pour quoi? Quelles modalités de récupération?

+ RA et RP

Protocole de BRUCE sur tapis roulant Vitesse (km.h -1 ) x 3,5 (ml. km.h -1.kg -1) sur route; 2,9 sur TR

Puissance FC (PAS) (PAD) (SPO2) Watts bpm (mm Hg) mm Hg) (p cent) VT f VE FEO2 FECO2 L cycles/min L/min fraction de 1» 0, Δ O2/W VO2 VO2 VCO2 EqO2 EqCO2 QR rendt L/min ml/min/kg L/min L/L L/L OUES poulso2 FC SV1 s aé FC SV2 s anaé g AG/glucose oxydés ml/bpm bpm bpm g/min (lipoxmax)

. Valeurs indicatives et limites de VO2max (ml.min -1.kg -1 ) pour l Homme Homme «standard» en France: 35 40 Femme «standard»: 30 35 H sport d endurance niveau club : 40 50 H Départemental : 50 60 H Régional : 60 70 H: National : 70 75 H International Olympique : 75 à 85 et + H sport de force (intérêt = 0 / EE) H niveau national et + : 40 à 50 Femme : - 10 à 15% Patients H ou F avec nette atteinte fonctionnelle cardiaque: 15 à 25; attention rôle MG: rapporter à MM théorique? (Seuil greffe cardiaque < 15?)

Ff / f pédalage optimaux? Beaucoup d expérience Sinon EE pas maximale d après Astrand et Rodahl, trad JR Lacour, 1994

Attention: VO2max et PMA ne représentent que le débit maximal de prélèvement d O2, mais pas la capacité maximale aérobie (à ne pas confondre avec la capacité aérobie d autrefois) ou endurance maximale aérobie, ni les autres filières énergétiques anaérobies alactique et lactique, encore moins les autres catégories de facteurs de la réussite en activités physiques ou les performances sportives (facteurs morphologiques, (psycho)moteurs, psychologiques et sociologiques)

Et autres épreuves anaérobies, plus celles motrices et autres