CARACTERISTIQUES DES CES TROIS PROCESSUS ENERGETIQUES

Consommation maximale d'oxygène ou VO²max

La consommation maximale d'oxygène ou VO₂max est le volume maximal d'oxygène qu'un organisme aérobie en général ou le sujet humain en particulier peut consommer par unité de temps lors d'un exercice dynamique aérobie maximal.

Chez l'humain, le (ou la) VO₂max s'exprime habituellement en litres d'oxygène par minute (l/min). Afin de personnaliser la mesure et tenir compte des différentes constitutions (enfant ou adulte, petits ou grands gabarits...) la valeur observée est le plus souvent rapportée à l'unité de masse corporelle pour déterminer un VO₂max dit "spécifique", qui s'exprimera alors en ml/min/kg. Cette dernière valeur est un excellent indicateur de la performance potentielle dans les épreuves d'endurance (sportives ou non) : plus elle est élevée, meilleure sera la performance éventuellement réalisée.

Il est à noter que cette mesure ne donne qu’une indication sur le profil sportif et en aucun cas un quelconque niveau selon les spécificités . Ex : un champion cycliste aura une plus grosse VO² max qu’un champion en sprint, pourtant les deux athlètes peuvent être des sportifs de très haut niveau. Les plus grosses valeurs enregistrées sont attribuées aux skieurs de demi fond et aux cyclistes, viennent ensuite les marathoniens. C’est pour cette raison que certains tests diffèrent selon les sports pratiqués.

Valeurs courantes

Chez un sujet jeune et sain, on observe des VO₂max de l'ordre de 45 ml/min/kg chez l'homme et 35 ml/min/kg chez la femme. Les valeurs observées chez l'enfant prépubère sont légèrement plus élevées et ne diffèrent pas notablement entre filles et garçons du même âge (vers 9 - 10 ans). C'est la différence de masse grasse entre hommes et femmes adultes (proportionnellement plus élevée pour le sexe féminin) et de taux sanguin en hémoglobine (plus faible chez la femme) qui expliquent pour l'essentiel la différence de VO₂max observée entre hommes et femmes.

Le VO₂max peut mathématiquement s'exprimer comme le produit du débit cardiaque maximal par la quantité maximale d'oxygène extraite du sang artériel par les tissus (notamment par les muscles en activité) - on parle de "différence artério-veineuse en oxygène". À cet égard, il est possible d'améliorer artificiellement le VO₂ max, en provoquant une majoration de la concentration d'hémoglobine (évaluée par la mesure de l'hématocrite) , par administration hormonale d'érythropoïétine (EPO). On considère en pratique qu'un hématocrite supérieur à 50 % chez l'homme est pathologique... ou suspect (de dopage à l'EPO) ; sauf pour les individus vivant habituellement en haute altitude (> 4000 m).

Le débit cardiaque maximal s'améliore essentiellement, lui, par l'entraînement en endurance et notamment par le travail dit "en puissance aérobie". Ce type de conditionnement aérobie est constitué par la répétition de courtes périodes d'effort d'intensité plus ou moins proche du VO₂max, allant de quelques dizaines de secondes à quelques minutes (selon l'intensité relative d'effort adopté et le niveau préalable d'entraînement), entrecoupées de périodes de récupération de durée adaptée au projet d'entraînement. Ce type de protocole d'entraînement est dénommé 'exercice intermittent' ('interval training' des anglo-saxons) et peut se décliner sous de nombreuses formes selon le pourcentage de VO₂max choisi pour les périodes d'effort, la durée des périodes de récupération, le nombre global de répétitions des séquences ainsi déterminées.

Chez l'athlète de haut niveau on peut observer des VO₂max spécifiques atteignant 90 ml/min/kg chez l'homme et 75 ml/min/kg chez la femme (source INSEP). Les sportifs présentant les VO₂max les plus élevées sont les skieurs de fond, les coureurs de fond et les cyclistes sur route. À titre de comparaison, certains chiens de chasse peuvent présenter des VO₂max spécifiques supérieurs à 200 ml/min/kg.

À l'inverse, des VO₂max inférieures ou très inférieures aux normes s'observent chez les insuffisants cardiaques ou respiratoires, chez qui ce paramètre constitue l'un des meilleurs indicateurs de la réserve fonctionnelle dont dispose le sujet (aptitude à se déplacer, à monter les escaliers, etc.).

Méthodes de mesure

Il existe plusieurs moyens de déterminer le VO₂max.

La mesure précise du VO₂max s'effectue en laboratoire, sur tapis roulant ou sur ergocyclomètre, en mesurant, au cours d'un exercice dont l'intensité augmente continuellement et progressivement jusqu'à épuisement, la différence entre oxygène inhalé et oxygène exhalé par le sujet (balance de l'O₂). Sur ergocyclomètre, l'exercice aérobie sera constitué d'un effort progressif, soit par paliers de charge croissante, soit selon une progression de la charge "en rampe".

La détermination du VO₂max en laboratoire est très précise, mais les conditions de mesure ne peuvent reproduire les conditions réelles de l'exercice sportif. Pour cette raison d'assez nombreux chercheurs ont essayé de mettre au point différents tests de terrain pour estimer plus simplement le VO₂max.

Historiquement le premier test mis au point pour les sportifs (ou pour les militaires) a été le test de Cooper, lequel consiste à parcourir la plus grande distance possible en 12 minutes de course à pied (sur piste en principe). Le VO₂max s'estime alors comme :

VO₂max (ml/kg/min) = [distance (en mètres) - 505]/45

La valeur de VO₂max ainsi estimée est assez bien corrélée à la valeur réelle mesurée en laboratoire, mais une bonne corrélation n'empêche pas les biais de mesure et d'estimation, conduisant à des sur-estimations ou au contraire à des sous-estimations de VO₂max.

Le test de Léger ou 'test navette' est un test de terrain réalisable en gymnase, qui va permettre de déterminer une VMA et, par un calcul simple, de donner une estimation grossière du VO₂max.

VO₂Max = 3,5 x VMA ( VO₂Max en ml/min/kg, VMA en km/h)

La corrélation entre le test 'navette' de Léger et le VO₂max est moins bonne que celle qui caractérise le test de semi Cooper, (le test 'navette' est bien pour les sports collectifs). D'autres tests, nécessitant l'utilisation d'une piste d'athlétisme aménagée, permettent de mieux déterminer la VMA (test de Luc-Léger, test VAMEVAL, test Léger-Boucher...) et, comme avec le test de Cooper, d'en déduire une VO₂max .

 Pour des sportifs compétiteurs de niveau moyen, les tests de terrain, plus simples et moins coûteux à réaliser qu'une mesure de VO₂max réalisée en laboratoire, peuvent finalement se révéler plus riches d'enseignements. Les tests de terrain sont en fait et par nature plus spécifiques des conditions réelles de la compétition : pour un athlète ou pour son entraîneur, il est en effet souvent plus intéressant de connaître la VMA que le VO₂max, car la VMA correspond à une valeur concrète pouvant être utilisée à l'entraînement comme base de travail de la séance afin d'améliorer les paramètres physiologiques aérobies.

D'un autre point de vue, on sait aujourd'hui que dans une certaine plage d'efforts la fréquence cardiaque (FC) apparaît assez bien corrélée à l'intensité de l'exercice dynamique aérobie (et donc logiquement au VO₂ instantané) ainsi qu'à la vitesse de course sur piste. [Ce ne sera plus vrai en cyclisme où la résistance de l'air à l'avancement, déterminante, ne permet pas une linéarité de la relation vitesse-fréquence cardiaque.] À l'aide d'un simple cardiofréquencemètre, les tests de terrain permettent donc également de déterminer les valeurs de FC correspondant aux vitesses ou aux intensités d'effort à mettre en oeuvre à l'entraînement, et notamment de déterminer la FC au 'seuil ventilatoire' pratique à l'intensité d'effort où soudainement l'augmentation de la ventilation ne permet plus, par exemple, de soutenir une conversation. Le même appareil permettra également de déterminer la FCM (fréquence cardiaque maximale), paramètre individuel très utile à l'entraînement. Le niveau de FC observé au cours de l'effort constitue donc pour l'athlète ou l'entraîneur un outil simple et relativement robuste pour chiffrer a priori l'intensité de l'effort aérobie à adopter relativement à la VMA. Un outil bien plus accessible qu'une vraie mesure de laboratoire du VO₂max, assez lourde et coûteuse à mettre en oeuvre. Ce dernier type d'examen reste cependant indispensable à la surveillance des athlètes de haut niveau ou en cas de baisse anormale et rapide des performances aérobies faisant craindre la survenue d'une pathologie cardiaque ou respiratoire aiguë bénigne(infection virale par exemple) ou évolutive.

A 50% de la VO²max                                   à 100%

Personne entraînée              6 à 8 h                                                env 10 min

Personne non entraînée       ½ h à 1 h                                            entre qq sec et qq min

PHYSIOLOGIE

C’est la science qui étudie le fonctionnement des êtres vivants.

Histologie : étude microscopique de la morphologie et de la composition des tissus biologiques.

Tissu : il en existe 4 grandes familles :

-         les épithéliums ( tissu de revêtement)

-         les conjonctifs ( adipeux, osseux…)

-         musculaires (striés et lisses)

-         nerveux ( central, périphériques)

Cytologie : partie de la biologie qui étudie la cellule vivante sous tous ces aspects.

Milieu intérieur : c’est tout ce qui est en contact avec la lymphe ( liquide qui permet aux échanges de ce faire), c’est la liaison de toutes les cellules.

Homéostasie : état d’équilibre du milieu intérieur. Il dépend de plusieurs facteurs :

-         l’eau

-         la température

-         les aliments

-         l’O²

-         l’acidité

Métabolisme : ensemble des réactions chimiques qui servent à la vie du corps

( anabolisme = construction, catabolisme = destruction)

Muscle : forme contractile de tissus

ATP : Adénosine TriPhosphate

Hémoglobine : protéine multimérique dont la principale fonction est le transport de l’O². Elle se retrouve essentiellement à l’intérieur des globules rouges.

Myoglobine : protéine monomérique elle est le transporteur intracellulaire de l’O² dans les tissus musculaires.

Globine : protéine entrant dans la composition de l’hémoglobine

LA RESPIRATION

Action par laquelle l’organisme absorbe l’O² et élimine le CO².

I L’APPAREIL RESPIRATOIRE

Voie nasale (ou buccale)-pharynx-larynx-trachée-poumons

A/ ventilation pulmonaire

A l’inspiration augmentation du volume de la cage thoracique : dépression dans les poumons l’air pénètre .

A l’expiration diminution du volume de la cage thoracique : hausse de la pression d’air sortie de l’air.

B/ muscle inspirateur :

-         diaphragme le plus important

-         intercostaux

-         grand pectoral ( en insp forcé)

C/ muscle expirateur :

Expiration passive relachement des muscles inspirateurs.

Abdos en expiration forcé.

         D/ les cycles

Il y a en moyenne entre 12 et 16 cycles par min.

Nb : importance de l’amplitude de la respiration à l’effort.

Il existe un centre respiratoire dans le bulbe rachidien qui envoie des influx nerveux au diaphragme.

Un déficit d’O² s’appelle hypoxie et cela entraîne une hyperventilation.

Une tachycardie : pulsation cardiaque anormalement rapide

Une bradycardie : pulsation cardiaque anormalement lente

L’ appareil respiratoire a une adaptation à l’effort :

-         à court terme : augmentation du nombre de cycles

-         à long terme :   hausse légère de la capacité vitale

meilleur rendement des muscles respiratoires

                                      meilleur maîtrise de l’appareil respiratoire