La vO2max ou les chevaux vapeurs

La vO2max ou les chevaux vapeurs

La VO2max ? Etrange équation n’est ce pas ? V représente le volume, O2 l’oxygène et l’abréviation « max » la notion de maximalité.

La consommation maximale d’oxygène est une valeur fondamentale dans la physiologie de l’effort.

Elle représente la quantité maximale d’oxygène que l’organisme peut prélever dans l’air, transporter et consommer par unité de temps.

La VO2max reflète la performance cardio-respiratoire d’un sujet et donc sa condition physique.

L’épreuve d’effort permet d’évaluer les capacités fonctionnelles réelles d’un sportif, sa cylindrée, ainsi que d’optimiser l’utilisation de l’ajustement respiratoire au cours de l’entraînement. Elle est aussi utilisée en thérapeutique pour évaluer les limites fonctionnelles d’un sujet.

On parle habituellement du débit d’oxygène consommé, c’est-à-dire, la quantité d’oxygène consommée par un individu, par unité de temps, rapportée à la minute. On exprime cette consommation d’oxygène en millilitres d’oxygène consommés par minute. Elle est normalisée par rapport au poids et exprimée en millilitres par kilo de poids par minute.

La consommation d’oxygène est importante car elle reflète la quantité d’oxygène nécessaire pour produire une certaine quantité d’énergie.

Plus un sujet est capable d’utiliser d’oxygène, plus il est capable de produire d’ énergie.

Le premier paramètre de variabilité est l’âge. Il faut savoir qu’à partir de 25 ans, la VO2max va baisser doucement et progressivement en  fonction du temps. Cette diminution est retardée par un entraînement régulier. A 60 ans, cette diminution sera en moyenne de 30%.

La VO2max varie selon le patrimoine génétique, le sexe, le poids, la taille, le mode de vie, l’environnement, l’altitude, la température et le degré et la qualité de l’entraînement.

Pour fixer les idées, un sujet normal, adulte, sédentaire, consomme en moyenne 40 millilitres par minute par kilo au maximum de ses capacités.

Il faut se rappeler que la sédentarité est la cause principale de l’altération de nos capacités physiques et de la fragilisation de notre santé. Donc cette valeur de VO2, si elle constitue un point de repère, est déjà faible, voire alarmante.

Un sportif de bon niveau peut aller jusqu’à 70, voire 80 millilitres – ou plus – par minute par kilo. Cela va dépendre de l’activité physique ou du sport pratiqués, qui vont plus ou moins stimuler les capacités d’endurance (d’oxygénation) : vélo, course à pied, ski nordique.

Tout le monde a intérêt à augmenter sa VO2max. Mais ce n’est pas le seul critère.

Il faut comprendre que lors d’un effort d’intensité progressive, la consommation d’oxygène va passer par deux seuils : le seuil aérobie, puis le seuil anaérobie. Il persiste une grosse confusion, dans la littérature, concernant ces deux seuils.

En pratique ce qui nous intéresse avant tout est le premier seuil : le seuil aérobie.

Au cours d’un effort d’intensité progressive, la respiration s’accélère jusqu’à ce premier décrochement de la ventilation où le métabolisme change et où il devient nécessaire de rejeter l’excès de gaz carbonique produit. C’est le seuil aérobie, SV1. La respiration devient nettement consciente mais il n’y a pas d’essoufflement.

Après, chez le sportif, certains vont définir un deuxième seuil, beaucoup plus haut situé dont la signification physiologique est complexe et controversée, mais qui va, en quelque sorte, correspondre à l’intensité maximum d’effort qu’un sujet pourra maintenir par exemple sur une compétition d’une heure, sur un 10 kilomètres en course à pied, sur un 40 kilomètres en vélo. C’est le seuil anaérobie, SV2, seuil à partir duquel le CO2 sera de moins en moins évacué.

Au cours d’une épreuve d’effort, parallèlement au coefficient respiratoire qui marque ces décrochements, une  intensité est rapportée à ces deux seuils, en watts si on utilise un cycloergomètre ou en fréquence cardiaque si on utilise un tapis roulant.

Les valeurs de fréquences cardiaques permettent une utilisation sur le terrain pour la modulation et la personnalisation de l’effort.

La VO2max est, in fine,  la capacité maximale du muscle à utiliser l’oxygène. Mais il faut lui apporter et cela va être le rôle des poumons et ensuite du système cardio-vasculaire, y compris la vascularisation musculaire.

Les facteurs limitant de la VO2max sont donc : le poumon, le cœur, le système vasculaire jusqu’aux capillaires, le système d’extraction de l’oxygène au niveau du muscle (la typologie des fibres musculaires – fibres I et IIA- va jouer).

Autant de niveaux à améliorer, ou à entretenir, tout au long de la vie. Ceci se fait grâce à un entraînement adapté. La sédentarité, associée au vieillissement, va « geler » ces systèmes vitaux.

Il faut donc avoir un entraînement de qualité tout au long de la vie. Cet entraînement optimal sera réglé en fonction de l’âge du sujet et de ses capacités motrices.

Très souvent, et à tort, les sportifs viennent cherchez une valeur de VO2max, c’est-à-dire une valeur de consommation maximale d’oxygène, éventuellement pour la comparer avec leurs copains !! Et aussi parce que dans la littérature sportive classique on retrouve souvent cette notion qui est rapportée des capacités physiques.

Il faut savoir que ce n’est pas le point le plus important. Les points les plus importants sont les intensités sous maximales (seuils aérobie et anaérobie) qui correspondent à des changements métaboliques auxquels ont va pouvoir associer des fréquences cardiaques que l’on va utiliser ensuite pour la planification de l’entraînement.

L’EPREUVE D’EFFORT,  AVEC VO2 DIRECTE OU PAR METHODE INDIRECTE ?

L’épreuve d’effort avec analyse des échanges gazeux respiratoires (calcul directe de la VO2max) se fait de la manière suivante :

On utilise un cycloergomètre ou un tapis roulant, un masque, ou en embout buccal, relié à un ergospiromètre qui analyse les gaz inspirés, les gaz expirés, et les débits ventilatoires. On utilise aujourd’hui des appareils « cycles à cycles » qui permettent de mesurer à la fois l’oxygène consommé et le gaz carbonique rejeté. On fait, conjointement, une saturométrie et on analyse le taux lactate par des prélèvements au lobe de l’oreille.

Un électrocardiogramme d’effort et une étude du profil tensionnel d’effort y sont associés : observation de la fréquence cardiaque, du rythme, de la pression artérielle. Les appareils modernes indiquent également le nombre de METs atteint.

Un des facteurs limitant est souvent la ventilation –  même chez le sportif -, c’est pourquoi en faisant la courbe débit / volume avant l’exercice, on peut estimer le débit ventilatoire maximal du sujet et voir si lors de l’épreuve d’effort, il atteint ou non ce niveau.

Chez le sportif, on va rechercher cette VO2max, c’est-à-dire le plateau de VO2max qui correspond à un plafond de la consommation d’oxygène malgré l’augmentation de la puissance.

Il permettra de déterminer un facteur de la planification de l’entraînement qu’on appelle la VMA (vitesse maximale aérobie) quand on est sur tapis roulant, ou PMA puissance maximale aérobie) lorsque l’on est sur ergocycle.

La définition de la VMA ou de la PMA, c’est la plus petite vitesse qui sollicite cette VO2max, il faut donc avoir ce plateau de VO2max pour pouvoir le déterminer.

L’intensité de l’effort est alors menée jusqu’à épuisement. Ce qui potentiellement peut devenir dangereux.

Le plus souvent on utilise la méthode indirecte (moins compliquée et moins coûteuse, mais moins précise). On utilise la courbe de fréquence cardiaque pendant l’effort et l’on s’appuie sur les tables de références pré- établies pour estimer la VO2max.

Il est un peu moins fiable mais plus simple d’effectuer une détermination indirecte de la VO2 max en se servant de la table d’Astrand qui est fondée sur la relation linéaire qui existe entre la fréquence cardiaque, la puissance aérobie et la consommation d’oxygène au cours d’un effort.

Pour l’entraînement, la réhabilitation à l’effort, on va s’aider de tous ces paramètres :

Le VCmax (volume courant maximum), volume que le sujet peut respirer à chaque cycle, la FR (fréquence respiratoire) – on sait que plus elle est élevée, plus l’efficacité diminue -, le seuil d’adaptation respiratoire SV1, le seuil d’inadaptation respiratoire SV2 (correspondant à la VMA – vitesse maximale aérobie, mesurée en km/h) ou, son équivalent, la PMA – puissance maximale aérobie, mesurée en watts).

Ces paramètres vont être théoriquement prédictifs de la performance possible, du moins théoriquement car il peut y avoir une erreur de 30 ou 40% !!!

Une des façons de diminuer cette marge d’erreur est de faire 3 épreuves d’efforts (mais le coût de l’opération est considérable !), et ce pour atteindre un risque d’erreur de 10 à 20% ! Cela reste donc réservé aux athlètes de haut, voire de très haut, niveau. Par ailleurs, on sait aussi que plus on va vers le haut niveau, plus la marge d’erreur est faible.

Le premier seuil, seuil d’adaptation ventilatoire (SV1), intéresse en premier lieu le novice qui attaque l’endurance. Le seuil d’inadaptation ventilatoire (SV2) intéresse le sujet confirmé qui veut affiner sa performance – ou la personne affaiblie dont ont veut estimer les limites -, et enfin la VMA (vitesse maximale aérobie) qui l’aidera à programmer son entraînement et à déterminer le pourcentage de travail en fonction de la VO2max. L’entrainement « santé » se situe entre ces deux seuils.

S’il n’est plus possible d’augmenter sa VO2max, en valeur absolue, après 25 ans, il est cependant possible de progresser grâce à un entraînement à l’effort approprié. L’objectif sera alors une fraction de plus en plus élevée de sa consommation d’oxygène. Cette faculté de s’activer longtemps à une intensité la plus proche possible de sa VO2max s’appelle l’Endurance Maximale Aérobie.

Un marathonien de classe mondiale est capable d’utiliser 80% de sa VO2max pendant 2 h 10 environ. Certain vont jusqu’à 85% voire 90% (Gébrésélassié).

L’EMA peut s’améliorer jusqu’à 45% grâce à un entraînement bien conduit.

Ainsi, un sujet présentant une VO2max à 72 ml/mn/kg mais qui n’en utilise que 70% pendant une heure sera moins performant qu’un sujet à 65 ml/mn/kg mais capable d’en utiliser 80% pendant ce même laps de temps.

Entre en jeux également la capacité à métaboliser le lactate qui, à partir d’un certain niveau d’effort (différent d’un sujet à l’autre) va commencer à s’accumuler dans le muscle créant une acidose métabolique. Juste avant cela, une limite importante aura été franchie : le seuil anaérobie qui correspond au second seuil de décrochement ventilatoire (SV2), seuil d’essoufflement.

Le premier seuil (seuil aérobie, SV1) a été fixé,  par convention, à 2 millimol de lactate par litre de sang, le second seuil (anaérobie, SV2) à 4 millimol. Le niveau idéal d’endurance santé se situe entre les deux, donc à 3 millimol de lactate. C’est la théorie. Entre le premier seuil et le second se situe la zone « aérobie/anaérobie », avec une dominante suivant le niveau d’effort. Un seuil intermédiaire « le steady state ou état d’équilibre » est le seuil idéal d’entraînement « santé ».

Il est possible aussi possible d’établir une cinétique du lactate, de la comparer avec la fréquence cardiaque, on parvient alors à préciser l’instant précis où le sujet franchit le seuil anaérobie.

On peut encore affiner en déterminant la vitesse de récupération du sujet VR, c’est-à-dire le temps nécessaire pour corriger l’acidose métabolique accumulée en fin d’effort. C’est complexe et très couteux !

Le seuil anaérobie permet de déterminer à quel pourcentage de VO2max on passe d’un état de performance optimale au début du déclin pour cause de fatigue musculaire.

Un exemple : On a pu estimer ainsi à 19.2 km/h le seuil anaérobie d’un marathonien international. Sur le terrain, il a couru son marathon en 2 H 14 mn, soit à la vitesse moyenne de 18.9 km/h. Il a donc couru d’un bout à l’autre en mode aérobie. En cas de concurrence et poussé à la lutte, il peut franchir le seuil et « coincer » !

Pour avoir une idée pratique, on considère que

  • un sédentaire complet à une VO2max d’environ 30 mml/mn/kg
  • un sédentaire banalement actif : environ 40 à 50
  • un sportif plus ou moins entraîné : environ 50 à 60
  • un athlète de niveau régional : environ 60 à 70
  • un athlète de niveau national : environ 70 à 80
  • un athlète de niveau international : environ 80 à 90

Aujourd’hui, l’étudiant français lambda à une VO2max d’environ 35 à 40

L’étudiante, une VO2max d’environ 30 à 35.

Qu’en sera-t il à 40, 50, 60 ans et plus… si la sédentarité fait son terrible travail de sape, dans un confort ambiant soporifique ?

Alors, les jeunes, bougez-vous et faites du sport ! L’avenir de votre santé en dépend largement ! Les moins jeunes, les jeunes vieux, et les vieux jeunes remuez vous, vous pouvez encore sauvez la mise !

« Il faut avoir une sacrée santé pour résister à la sédentarité » Professeur François CARRE, physiologiste et cardiologue du sport.

« Il est avant tout nécessaire de subir un examen médical sérieux si l’on veut cesser toute activité physique de façon à s’assurer que son état de santé permettra de supporter la sédentarité » Professeur Per Olof ASTRAND (1970 !), pionnier de la physiologie de l’effort.