Évaluation de VO2 max et de VMA, en laboratoire et sur le terrain

Science & Sports 1996; I I:9 I-95 0 Elsevier, Paris

Article original

lhaluation

de ?OZ max et de VMA, en laboratoire et sur le terrain R Iaichel, M Toraa2, F Frieme12

‘INFYSTS

d’AIger,

7. avenue

A-Guermoul,

16016, Alger, Alge’rie ; ‘ADDMS, centre 2. rue Tirard 94ooO Cr&eil, France

(Re$u le 25 septembre

1995 ; accepti

le 20 d&embre

dipartemental

de mPdecine

du sport*

1995)

R&urn6 - L’objectif de cette Ctude est de comparer la &pense Cnerg&ique et ses limites en laboratoire et sur le terrain. Les variables utilis&s sont la consommation d’oxyg&ne, la vitesse maximale drobie et la lactadmie, enregist&s lors d’Cpreuves classiques identiques, rhlis& en laboratoire (sur tapis roulant) et sur le terrain (piste d’athl&isme). Dix huit sujets dont 13 coureurs de fond, volontaires (be = 26,4 + 6,s am ; poids = 65, I zk 7.0 kg ; hille = 172.9 f S,2 cm) ont subi, ii I sem@ne d’intervalle et dans un ordre albtoire, deux epreuves I’une en laboratoire et I’autre sur le terrain. La consommation maximale d’oxyg&nc (VO2 max) et la vitesse maximal? drobie (VMA) ont Cd tv$uCes B I’aide d’un protocole wiangulaire sur tapis roulant et sur piste d’athl&isme. La consommation d’oxygene (VO?), le &bit ventilatoire (VE) et la fr@uence cardiaque (FC) ont Ctk mesun% au moyen d’un syst&me tdlem&rique portable (K2 Cosmed). Les r&ultats indiquent que VMA est significativement plus basse sur le terrain (18.11 contre 19.78 km.h”, p < 0,001). 90, max de terrain est Cgalement inf&ieur (56.25 contre 61.93 mL.min-I.. kg”, p < 0.001). Mais les lactatkmies ii VMA n’&aient Pas diffc%entes dans les deux situations. Ces r&ultats suggerent que I’&aluation de V02 max est plus indiqu& en laboratoire sur tapis roulant, car une plus grande masse musculaire y est sollicitie. Mais pour la programmation de I’entrainement. il est p&f&able de se &f&r ?I VMA de terrain. +O, max I VMA

Summary

I tests de laboratoire

- Maximal

aerobic

/tests

de terrain

speed and GOwax

I tbl6m6trie

in laboratory

an! on the field:

comparative

study on long distance

runners.

In long

distance runners aerobic energy contribution is strongly predominant. VOzmax and maximal aerobic speed (MAS) are genemlly measured on a treadmill to evaluate aerobic energy system. Variousfield tests have been proposed. Field tests are not always consistent with laborutory data: MAS is ojien better on treadmill and VOzmax cannot been measured directly. The aim of this study i.! to compare aerobic metabolism measurement.s in laboratory and on the field, with the same methodology. VO2max. MAS, minute ventilation (VE) heart rate (HR) und onset of blood lactate accumulation (OBLA) have been assessed in laboratory and on the$eld by the mean of identical protocol (6 minutes warming up at I2 km&‘. 3 minutes steps at inqeasicg speed with 0% slope till exhaustion. Thirteen subjects of the study were long distance runners andfive were students in sport education. VOz, VE were measured with u telemetric system (K2 Cosmed) in both experimental situations. MAS was higher on the treadmill (19.78 versus 18. I I km,A-‘. P < 0.001). This result is consistent with other authors. V02mar wus higher on treadmill (61.93 versus 56.25 mL.miny’,kg-‘. a peripheric VO2mur

P < 0.001). restriction

This result was found both in athletes and in students; it is inconsistent with litteyuture. on the field: lactatemia at MAS was identical in both situations; OBLA, in %VOzmar

situations (85.48 It 4,04% ver.sus 86.82 * 3.95%); 162.5 f 11.83 mL,kg-‘.km-‘, P < 0.01). These results muscles are working. But for training program field

+Owax

I MAS

I laboratory

energy cost of running at 60% MAS suggest that treadmill VOzmux evaluation MAS evaluation is more adapted.

wus

higher

is better

Some resu1t.s argue for was the same in both

on the field (170.25 tharr field measurement

* 14.02 because

versus more

tests I field tests / telemetry

INTRODUCTION La consommation maximale d’oxygkne (?O, max) est considkrke comme l’un des meilleurs indicateurs du potentiel d’endurance chez les coureurs de fond (Astrand et Rodahl, 1980 ; Costill et Fox, 1969 ; Costill et al, 1973 ; Foster, 1983 ; Hagan et al, 198 1). Le concept de vitesse maximale akrobie (VMA) n’a CtC

dkveloppk qu’8 partir de 1980 par LCger et Boucher. II correspond g la plus petite vitesse qui induit le plafonnement de la consommation d’oxygkne (VOa max). Cette vitesse maximale aCrobie est un indicateur inttressant pour I’entraineur. En effet selon le but rechercht, la charge individuelle d’entrainement est prescrite selon une fraction bien dCterminCe de la vitesse maximale akrobie.

92

R

Iaiche et al

En laboratoire il est courant de mesurerVO, max, g&e h un appareillagesophistiqueet cotiteux. La methode la plus indiquee pour l’evaluation des athletes restecelle qui serapproche le plus de leursconditions de pratique. Mais, compte tenu des difficult& techniques de mesuresur le terrain, ce sont les mesuresdirectes de laboratoire avec un ergometreapproprie qui sont lesplus utilisees. Sur le terrain, il est plus usueld’avoir recours a des methodesd’estimation indirectes. Leger et Boucher (1980) ont developpe un test de terrain permettant de determiner de man&e indirecte VOZ max et VMA. Ce test (ainsi que ceux qui en d&ivent) supposeque le sujet atteint sonVOZ max au dernier palier qu’il effectue en entier, de ce fait, la vitesse correspondanta ce palier est considtree comme&ant la vitesse maximale aerobic (VMA). Par ailleurs, hormis la mtthode dessacsde Douglas, des tentatives de mesuredirecte de la consommation d’oxygene sur le terrain par t&5mttrie sont rapporttes par differents auteurs parmi lesquels, Ikegami et al (1988). La reproductibilite parfois limitee de cesappareillageset leur poidsencoreexcessif(p&s de 4 kg pour l’oxylog, d&it par Ikegami et al) n’ont pu permettre de generaliserleur utilisation. Plusrecemmentun nouveausysteme,le CosmedK2, mesuranten continu le VOZ pendant l’exercice, a Cte mis au point. Ce materiel peu encombrantet leger (la partie portee par l’athlete p&e environ 850 grammes) semblempondrea l’attente desutilisateurs. Les tests effect&s en soufflerie (Dal Monte et al, 1989) ainsique lesetudescompareesavecd’autres ap pare& classiques(Kawakami et al, 1992 ; Lucia et al, 1993 ; Peel et Utsey, 1993) attestentde la fiabilitt, de la precision et de la reproductibilite de cet appareil. L’objectif de cette etude est de comparer,en laboratoire et sur le terrain, la depenseCnergetiqueet seslimites a l’aide de variables habituellement utilisees (VO2 max, VMA, lactatemie), et de protocolesclassiquesidentiquesdansles deux situations,afin de determiner les conditions optimalesde mesuredu potentiel aerobic descoureursde fond. MATtiRIELET

MkTHODES

Sujets Dix-huit sujetsvolontairesdont 13 pratiquantla coursede fondii un niveauregionalet cinqCtudiants eneducationphysiqueet sportiveont prispart?Icetteetude.Leurscaracteristiquessontpresentees surle tableauI.

Protocole Le mZme protocole a et6 utilise en laboratoire sur tapis roulant et a I’exterieur sur une piste d’athletisme, dans un intervalle maximum d’une semaine et dans un ordre aleatoire, a distance

d’unecompetitionou d’unepathologieinfectieuse.VO2max etVMA ont Ctt determines enlaboratoire,lorsd’uneCpreuve maximale a charge progressivement croissante SW tapis rou-

lant a 0 % de pente.Apresun Cchauffement de 6 minutesa 12km,h-‘, qui correspond It la vitesse habituelle d’echauffement de la population CtudiCe, les paliers successifs durent 3 ou 2 minutes suivant qu’il s’agit d’une augmentation de 2 ou de 1 km.h-‘. Au debut de I’epreuve l’augmentation de la vitesse est de 2 km/h puis, a l’approche du seuil > d’accumulation des lactates, de 1 km/h ; ce protocole &ant un compromis permettant de limiter la duree de l’epreuve et de

determineravecle plusdeprecisionpossiblele seuild’accumulation des lactates et la VMA. Entre les paliers, un a&t d’environ 30 secondes permet d’effectuer les prelkements sanguins. Le testestarr&te&l’epuisement du sujet et lorsque l’accroissement de la vitesse n’entraine plus d’augmentation de VO;?. La precision de la vitesse du tapis roulant a et6 controlte avant et pendant les tests. I1 est apparu une variation de 0,4 km.h-’ au-dell de 18 km.h-’ et jusqu’a 30 km/h, avec charge. Durant les tests, la vitesse du tapis est ajustee a partir de cette vitesse (18 km.h-I), en ajoutant 0,4 km.h-‘. La tem-

peraturedu laboratoireCtaitmaintenue5120 “C. Ce mCme protocole a Cte utilise sur une piste d’athletisme de 400 m, en tartan synthetique, baliste tous les 50 metres. La vitesse de course est indiqu6c a l’athlbte par des coups de sifflet suivant un tableau de marche prealablement Ctabli sur lequel figurent

lestempsdepassage. Lesmemes accroissements dela vitesse sontutilises pour chacun des sujets en laboratoire et sur le terrain.Lesconditionsclimatiquesont CtCrelativementhomogenes avec une temperature exterieure comprise entre 12 et 15 “C. Bienque la vitessedu vent n’ait pasCtCmesuree, lesepreuves ont CtCannulees lorsque le vent semblait pouvoir influencer les rCsultats. En laboratoire et sur le terrain, les Cpreuves se sont deroulees le matin.

Mathiel Le VO, a CtCmesure grace a un systeme telemetrique miniaturise portable : le K2 (5). Les signaux sont transmis par teICmCtrie, de l’unite portee (Cmetteur) par le sujet vers l’unite Tableau

I.

Age et caracteristiques biomctriques des sujets (n = 18). Age (cm)

Moyenne

Ecart type

Poids (kg)

26,4

65

* pourcentage de masse grasse.

65, I 7,1

Tuille (cm) 172,9

52

% MC* 10,9 I,4

kluation

93

de VOr et de VMA

centrale (rkcepteur). Celui-ci est composk d’un masque permettant la collecte de l’air expirk, d’une turbine, d’kctrodes permettant de recueillir la frkquence cardiaque en continu, et d’une batterie.Le K2 permet de mesurer les variablessuivantes : - le dCbit ventilatoire (VE) est mesurk &l’aide d’une turbine ; - la concentration en oxygkne de l’air expire (FJZOZ)est mesunk avec une Clectrode B oxyghne polarographique miniaturis6e qui setrouve dans une (( micro-chambre >)incrust& dans l’uniti portable et re.likeau masque par un tube capillaire ; - la concentration en CO2 de l’air expire (FECO2) n’est pas mesurke avec ce type d’appareil car I’analyseur de CO2 n’a pu jusqu’g p&sent &tre miniaturisk de manitre satisfaisante ; - la consommation d’oxygtne (CO?) est calculke dans les conditions standard de tempkrature et de pression, dbsaturk (SFD) ?Ipartir de.\jEet FE02 d’aprhs la formule : VOz (STF’D) = VE (FI02 - FE09 (STPD) oh FIO2 est la fraction d’oxygttne dans le gaz inspirb ; elle est de 20,9 % FE02 est la fraction d’oxygkne dans le gaz expire! VE est le debit ventilatoire expirk \iO, est done calcu1Cpour un quotient respiratoire c5galg 1. La lactattmie a et6 mesur& au moyen d’un analyseur de lactates par biocapteurs, de type Microzym-L. Le dosage est effectue par micro-mtthode enzymatique, ztpartir de p&l&vements capillaires au doigt (20 pL). Le tapis roulant utilisC est de type Power-Jog M 30, pr.&alablement CtalonnC. Les tests de terrain ont eu lieu sur une piste de 400 m, en tartan synthetique. Durant tous les tests les athlktes ont utilisC le mCmeCquipementsportif en laboratoire et sur le terrain.

Statistiques Les moyennes et &arts types ont Ct.5calculCs pour l’ensemble des variables 6tudiCes.Les rksultats obtenus en laboratoire et sur le terrain ont Ct&cornparks au moyen du t test de Student pour stries appari&s.

RtiSULTATS Le tableau II fait ressortir des diff&ences significatives @ < 0,001) en ce qui concerne VOz max et VMA, obtenus en laboratoire et sur le terrain.VOzmax et VMA Font sup&ieurs en laboratoire chez tous les sujets. Les VE atteints 2 VMA et les VE max sont significativement sup&ieurs en laboratoire 0, < 0,001). 11en est de m&me pour les frCquences cardiaques g VMA (p < 0,Ol) et les FC max 0, < 0,05) (tableau III). Au contraire la lactattmie Z+VMA et la lactatimie maximale (tableau III) ne sont pas significativement diffirentes en laboratoire et SW le terrain.

DISCUSSION Les rhultats de cette Ctude mettent en relief des differences notables en ce qui conceme VOZ max et VMA obtenus en laboratoire et sur le terrain. La vitesse maximale drobie de terrain est significativement infirieure B celle du laboratoire (18,ll contre 19,78 km W). Cela correspond & une.diff&ence de 8,44 %, c’est-&dire 1,67 kmW. Les VOZ max de terrain sont igalement

TableauII. Comparaisonde901 maxet de VMA en laboratoireet sur le terrain. tioratoire MUjWllX 90, max (mL.kg-‘,min-‘) VMA (kmh-‘)

Terrain t&art

type

Moyenne

Ecurt type

61,93

W5

5625

6.27

p
19.78

1.73

18,li

1.37

p
TableauIII. Comparaisondesfrequencescardiaques(FC), ventilation(QE) et lactat&nie(La) et sur le terrain. Ldwratoire Moyenne

FC g VMA (bpm) FC max (bpm) YE B VMA (L.min-I)

191,33 192

VE max (Lmin-‘) La ?I VMA (mmol,L-‘)

134.66 8.45 IO.54

La max (mmo1.L’)

129,67

in VMA

etleurs valeursmaximalesenlaboratoire

Terrain hart

type

8,30 4.9 22.26 25,36 2.89 2,20

Muyenne 189.1 I 188 116.65 124.25 8.82 11.20

Sign@ation hart

type

7.95 279 21.70 23,06 3,32 2,18

/x0,01 p c 0.05 /‘ 0.05 p 5 0.05

s s s s ns ns

94

R Iaiche et al

inferieurs a ceux du laboratoire (56,25 contre 61,93 mL.kg’min-I). I1 est important de noter que ces differences concernent tous les individus, coureurs de fond et Ctudiants.Sur un autre plan nous remarquons, aussibien en laboratoire que sur le terrain, que la VMA est atteinte un palier voire deux paliersavant la fin de l’epreuve chez certains athletes (tableau IV). 11s’agit en particulier descoureursqui presententunetolerance lactique importance. Cette observation supposeque la VMA ne correspond pas systematiquement au dernier palier que l’athlete est en mesured’effectuer en entier, commele suggerentde nombreux auteursutilisant desCpreuves de terrain (LCger et Boucher, 1980 ; Ltger et Mercier, 1983; Lacour et al, 1990,199O).Si I’on peut comprendre que la vitesse maximale aerobic de terrain soit inferieure & celle du laboratoire, en raison particulibrement de l’influence desconditions drodynamiques et climatiquesd’exterieur, en revanchecela nepeut expliquer que la consommationmaximale d’oxygene soit inferieure sur le terrain. Le materiel utilise pour determinerVOrmax peut Ctre mis en causedansla mesureou il ne tient pascompte du quotient respiratoirereel ; lesetudesdejaciteesplus haut ont montrt?la validit desresultatsobtenus; d’autre part, le materiel utilise Ctait identique dansles deux situations ; on peut penserque l’erreur commiseCtait du mCmeordre de grandeur et dans le mCmesensen laboratoire et sur le terrain. La temperatureexterieure influence la mesuresi I’on n’en tient pas compte dans les calculs, ce qui n’a pas et& le cas.Quelssont lesfacteurssusceptiblesdelimiter VOz max sur le terrain ? La temperatureexterieure peut avoir un effet sur l’ttat vasculaire du sujet ; on peut penserque la temperaturetoujours sup&ieure a 12 “C n’a pasprovoqd de vasoconstrictionsurtout lorsquele sujet avait atteint VO2max et que la production de chaleur est t&s importante. On peut remarquerque cette limitation n’est pascardiaque, puisque la frequence cardiaque maximale de terrain est inferieure a celle du laboratoire. II ne s’agit pas, non plus, d’une limitation d’ordre ventilatoire car aussibien a VMA qu’en fin d’effort, lesdebits ventilatoires de terrain sontsignificativement inferieursBceux du laboratoire (tableau III). L’hypothese d’une bronchoconstriction d’exercice durant les tests de terrain n’est pasplausible,aucundesparticipantsa notre etude ne presentantd’asthme postexercice et le temps &ant generalementagreable(> 12 “C). Au contraire, certains resultats plaident en faveur d’une limitation d’ordre musculaire.Les lactatemiesa VMA (8,45 mmol.L-’ + 2,89 et 8,82 f 3,32 en labora-

Tableau IV. Comparaison des valeurs individuelles des vitesses maximales atteintes au dernier palier laboratoire et sur le terrain.

Ldboratoire

des VMA (vit.max)

et en

Terrain

VMA

Vitmux

VMA

Vit.max

I

20

2 3 4 5 6 7 8 9

22 20 21 21 20 21 20 20 18 14 21 19 I9 20 21 20 19

21 22 23 22 21 21 22 20 20 I9 IS 21 I9 20 21 23 20 21

I8 I9 19 18 I9 18 20 I8 18 I6 I4 19 I8 18 I8 20 I8 I8

I9 I9 21 18 19 18 20 20 19 I7 I4 19 18 19 19 21 I9 19

Sujets

10 II 12 13 I4 I5 I6 I7 I8 Moyenne Ecart type

19.78 I ,I3

20,6 I 1.82

-

18,li I,37

t&78 I ,56

toire et surle terrain, respectivement)et leslactatemies maximales(1054 mmol.L-‘en laboratoire contre 11.20 sur le terrain) ne sont pas statistiquementdifferentes (tableau III). La plupart desathlktesde notre etude declarent, en effet, que leur abandonlors de l’epreuve de terrain est du a desdouleursmusculairesplus qu’g des contraintes cardiopulmonaires.Si l’on considere que l’augmentationde la lactatemieest un facteur limitant, le seuil d’accumulation des lactates sanguins(SALS) permet de foumir un argument supplCmen.taire ; en effet le SALS survient pour des fractions de VOzmax non significativement differentes dans les deux situations (8.548 + 4,042 % en laboratoire et 86,82 + 3,95 % sur le terrain). PuisqueVO2max estinferieur sur le terrain, le SALS survient pour des valeurs moins tlevees (52,89 + 5,23 mL.min’.kg-’ en laboratoire contre 48,82 f 5,74 sur le terrain). La diminution plus precoce du pH musculairepourrait etre un argument en faveur d’une limitation peripheriquede VOzmax surle terrain. Bassetet al (1985) n’ont pastrouve de differences de consommationd’oxygene mesureessur tapis roulant et sur le terrain, a des vitessescomprisesentre 136 et 286 m.min-’ (8,16 a 17,16 km.h-I). D’un autre cGtC, Pugh (1970, 1971) a observe une depenseCnergetique sup&ieure de 8 % sur le terrain, chez des coureurs B pied. Inghen Shenau (1980) et Frishberg (1983) ont decrit les memesmodbles mtcaniques de course, sur tapis roulant et sur le terrain. Danscette etude le cout

&ah&on

de

CnergCtique (CE) a 6tC calcult pour des vitesses de course tgales B environ 60 % de la VMA, c’est-g-dire avant I’apparition du SALS. La formule utilisCe est la suivante : CE (tnL.kg-‘,km-‘)

=

co*-$02 vir (hh-’

VO2 et de

conditions optimales. En ce qui concerne la course h pied, VOsmax devrait &tre determine sur tapis roulant, alors que la VMA de terrain est plus approprike, B condition qu’elle soit mesurke en s’assurant qu’il s’agit bien de la vitesse correspondant B VOZmax.

)

Les valeurs observkes sont significativement suptrieures sur le terrain (162,5 f 11,83 n&kg-‘-km-‘en laboratoire contre 170,25 f 14,02 sur le terrain). Ce r& sultat, apporte un argument supplementa& en faveur de la diminution de la vitesse sur le terrain pour un msme VO1 et done de l’intervention plus prkcce du mCtabolisme anatrobie au tours d’une Cpreuve de course ti vitesse croissante. Dans notre itude, nous n’avons pas abordC les aspects biomCcaniques 1iCs 2 la course & pied. Mais il semble que le tapis roulant impose plus de vigilance que la course sur piste. Les athlbtes sont tenus de courir 2 la vitesse imposCe par le tapis. 11est possible que les conditions de laboratoire soient plus favorables ?I une sollicitation optimale des groupes musculaires mis en jeu. En effet, sur tapis roulant l’athlkte est contraint d’aller (< chercher >>le tapis pour Bviter de tomber, et met ?Icontribution les muscles de la posture. Le tapis roulant semble solliciter davantage de muscles posturaux, ce qui expliquerait, peut &tre en partie, les r&ultats obtenus dans notre ttude.

CONCLUSION Les conclusions de notre Ctude indiquent que les r&sultats de laboratoire ne sont pas forckment le reflet de ceux obtenus dans des conditions de terrain. La diff& rence constatke, notamment pour la mesure de VMA, si elle venait & &tre confirmCe, devrait avoir une incidence non nkgligeable sur la programmation de l’entrainement. 11apparait en effet que : - la consommation maximale d’oxygbne (QO, max) est mieux Bvalde en laboratoire. L’utilisation du tapis roulant semble trks appropriCe pour une sollicitation optimale des masses musculaires requises dans la course B pied. Ce qui se traduit par une consommation d’Cnergie la plus importante possible ; - cependant, pour la programmation de I’entrainement il est plus indiquC de se rif&er 2 la vitesse maximale akrobie (VMA) de terrain. Maintenant que les moyens madriels le permettent (analyseurs de gaz portables, techniques de pril&vements sanguins et de dosages de lactates approprits) il est p&f&able que le suivi mtdicophysiologique des sportifs se realise, autant que faire se peut, dans les

95

VMA

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