Tests d'évaluation de la puissance maximale des métabolismes aérobie et anaérobie

Science & Sports, 4 (1989) 265-279 265 © Elsevier, Paris

Tests d'6valuation de la puissance maximale des m6tabolismes a6robie et ana6robie

H. V A N D E W A L L E 1 et F. FRIEMEL 2

1 Service de physiologie et d'explorations fonctionnelles du sport (Pr H. Monod), groupe hospitalier Piti~-Salp~tribre, bd de l'H6pital, 75013 Paris;

21NSERM, U 138, Explorations fonctionnelles des sportifs, C H U Henri-Mondor, 94010 Cr6teil, France

R6sum6 - Une revue critique des diff6rents tests d'6valuation de la puissance maximale des m6tabolismes a6robie et ana6robie a 6t6 r6alis6e. La question de la mesure des capacit6s a6robie et ana&obie n'a pas 6t6 envisag6e. La description des mesures directes pr6c~de celle des textes indirects, r6alis6s en laboratoire ou sur le terrain. La validit6 et la reproductibilit6 du Wingate test fair l'objet d'un chapitre plus d6taill6, car celui-ci est probablement le test ana6robie le plus utilis6 actuellement. Cette revue est pr6c6d6e d'un bref rappel des conditions biom6caniques n6cessaires/i la mesure d'une puissance m6canique maximale.

exerciee physique / consommation maximale d'oxyg~ne / a~robie / ana~robie / ergom~trie

Summary - Tests for measuring the maximal power of aerobic and anaerobic metabol i sms. The present paper is a critical review of the available tests measuring the maximal power of the aerobic and anaerobic metabolisms. The assessment of the maximal anaerobic and aerobic capacities has not been discussed in the present paper. The description of direct methods precedes the presentation of the avalaible indirect tests (fieM and laboratory tests). The validity and reliability o f the Wingate test is particularly discussed as this test is probably the most often used. The biomechanical conditions necessary to measure the maximal power output is briefly recalled before the description and discussion of the different aerobic and anaerobic tests.

physical exercice I maximal oxygen consumption I aerobic I anaerobic I ergometry

I n t r o d u c t i o n

L ' A T P est la seule source d'6nergie chimique directement t ransformable en 6nergie m6canique au niveau des prot6ines contractiles constituant les sarcom~res. A elle seule, la faible r6serve d ' A T P ne permettrait probablement qu 'une dur6e d'exercice maximale de l 'ordre de la seconde. D 'au t re part, une baisse importante de la concentration d ' A T P (non observ~e h l'exercice) serait probablement pr6- judiciable au fonctionnement des cellules musculaires. Par cons6quent, une resynth~se de I 'ATP est n6cessaire d~s le d6but de l'exercice. On conna~t actuellement 3 voies m&aboliques permettant cette resynth~se de I ' A T P : le m&abolisme ana6robie alactique, le m&abolisme ana6robie lactique, le

m&abolisme a6robie. Chacun de ces 3 m&abolismes 6nerg&iques peut 8tre caract6ris6 par son inertie, sa puissance maximale et sa capacit6. Dans l 'article pr6sent, nous n'envisagerons que le pro- bl6me de la mesure de la puissance maximale de ces m&abolismes.

Appliqu6e aux diff6rents m&abolismes 6nerg6- tiques, la notion de puissance correspond/t la quan- tit6 d'6nergie chimique produite ou consomm6e par unit6 de temps. L ' A T P &ant la seule source d'6ner- gie directement utilisable par les sarcom6res, on peut d6finir la puissance des diff6rents m&abolis- rues 6nerg&iques par le d6bit d ' A T P resynth&is6. La puissance correspond donc h la vitesse des r6ac- tions biochimiques, vitesse qui d6pend non seule- ment des concentrations en substrats mais aussi des

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concentrations et des 6tats d'activit6 (activation ou inhibition) des diff6rentes enzymes intervenant dans les processus. La transformation d 'une 6nergie chimique en travail n6cessite l ' intervention d 'une cha~ne de r6actions enzymatiques. La puissance maximale du m6tabolisme consid6r6 est limit6e par la puissance du maillon le plus faible de cette cha~ne.

Les tests d 'exploration du m6tabolisme 6nerg6- tique peuvent ~tre subdivis6s en tests directs et tests indirects. Comme pour tout test, il convient de con- sid6rer la validit6 de ceux que nous d6crirons. La validit6 est la qualit6 d 'un test h mesurer r6ellement ce qu'il est suppos6 mesurer. La validit6 d 'un test est jug6e soit h partir d'arguments th6oriques soit en comparant les r6sultats du test avec ceux d 'un autre test ant6rieurement reconnu comme valide. Les tests directs sont souvent (parfois h~tivement) consid6r6s comme valides par d6finition. La vali- dit6 des tests indirects est donc souvent appr6ci6e en comparant leurs r6sultats avec ceux d 'un test direct.

ana6robie alactique ou lactique est contestable. Les 20 ~ 40 mg du muscle pr61ev6 ne sont pas forc6- ment repr6sentatifs du muscle entier et a fortiori des diff6rents groupes musculaires agonistes et antagonistes. De plus, il faut 6mettre une hypoth6se sur la masse musculaire active. De m~me, il convient de rappeler qu 'en dehors de toutes consid6- rations techniques et psychomotrices, des sujets poss6dant la m~me composition en fibres musculaires lentes et rapides peuvent avoir des performances diff6rentes. I1 faut en effet tenir compte de la dimension des bras de levier musculaires et osseux ainsi que de l'angle de pennation des fibres musculaires ~ l'int6rieur des muscles.

Si la biopsie musculaire reste un examen int6res- sant dans le domaine de la recherche et dans celui de l 'orientation sportive, elle ne permet en fait qu'une estimation actuellement indirecte des pro- pri6t~s musculaires en montrant une 6ventuelle pr~- pond6rance d 'un type de fibres musculaires.

M~thodes indirectes

Mesure de la puissance maximale anaerobic

MOthodes directes

Les ponctions biopsies musculaires effectu6es chez des athletes pratiquant diverses disciplines sporti- ves ont montr6 une pr6pond6rance de fibres musculaires de type rapide chez les pratiquants des sports de puissance et de vitesse (sprint, sauteurs, lanceurs, halt6rophiles). Les fibres musculaires de type rapide poss~dent des activit6s enzymatiques 61ev6es en ce qui concerne autant les enzymes du m6tabolisme ana6robie alactique que lactique. I1 est donc tentant de consid6rer la ponction biopsie musculaire comme une approche directe de la puissance des m6tabolismes ana6robies alactique et lactique et comme un moyen de validation des tests ana6- robies. Ainsi, les r6sultats des tests ana6robies ont 6t6 confront6s ~ plusieurs reprises ~ ceux de la biopsie musculaire. Les sujets poss6dant une pr6pon- d6rance de fibres rapides ont g6n6ralement des performances ana&obies sup6rieures ~ celles des sujets pr6sentant une pr6pond6rance de fibres lentes. Si les coefficients de corr61ation entre les performances aux tests ana6robies et la typologie musculaire sont en moyenne statistiquement significatifs, ils ne sont g6n6ralement pas tr~s bons. I1 ne faut cependant pas en d6duire h~tivement que la validit6 des tests ana6robies actuels est mauvaise. En effet, la validit6 de la biopsie musculaire comme une approche directe de la puissance maximale

Les m6thodes indirectes utilis6es actuellement consistent en la d6termination de la valeur maximale de la puissance m6canique externe que le sujet est capable de produire. La mesure de la puissance maximale ana6robie pose 3 types de probl6me: - la dur6e de l'exercice doit ~tre tr6s courte afin que la puissance mesur6e soit r6ellement maximale: la puissance maximale d6cro~t rapidement lorsque l'exercice se prolonge (Wilkie, 1960; Davies, 1971 ; Kyle & Caizzo, 1986); - la production d 'une puissance r6ellement maximale n6cessite des conditions optimales de force et de vitesse; - plus la dur6e de l'exercice est brbve plus la participation des m6tabolismes ana6robie lactique et a6robie est limit6e. La production d'acide lactique commence dbs les premi6res secondes d'exercice et seuls les exercices tr6s brefs (1 sec et moins) sollici- tent un iquement le m6tabol isme ana6robie alactique.

Avant de d6crire les principales m6thodes indirectes de d6termination de la puissance maximale ana6robie il convient de faire un rappel sur les conditions d 'obtention d 'une puissance m6canique maximale.

Mesure d'une puissance m~canique maximale La puissance est 6gale au produit d 'une force et d 'une vitesse. Depuis les travaux de Fenn & Marsh (1935) et de Hill (1938), il est connu que la vitesse de raccourcissement musculaire d6pend de la force qui s 'oppose au d6placement et que, r6ciproque-

Evaluation de la puissance maximale aOrobie et anaerobic 267

ment, la force que peut exercer un muscle d6pend de la vitesse du raccourcissement. D'apr6s Hill (1938), la relation liant la vitesse de raccourcisse- merit V e t la force F est:

(F + a) (V + b) = b(F o + a) = a(V o + b)

off F o est la force maximaie isom6trique, V o la vitesse maximale de raccourcissement, a et b des param6tres ayant respectivement la dimension d 'une force et d 'une vitesse.

La puissance produite lors d 'une contraction est 6gale au produit FV et d6pend doric de la vitesse et de la force selon les relations suivantes:

P = a.V(V o - V)/(V + b) = b.F(F o - F)/(F + a)

La puissance maximale correspond ~ des valeurs optimales de force et de vitesse.

Ces r6sultats, obtenus sur le muscle isol6, ont 6t6 retrouv6s par la suite chez l 'homme (Wilkie, 1950; Pertuzon & Bouisset, 1971 et 1973 ; Binkhorst et al., 1977) pour des mouvements mono-articulaires.

Interprdtation des courbes de puissance mOcanique en fonction du temps Dans la cha~ne de r6actions enzymatiques intervenant en s6rie, on peut distinguer 2 types de r6ac- tions : la r6action d'hydrolyse de I 'ATP au niveau des ponts actine-myosine et les r6actions de resynth~se de I 'ATP. Dans le cas du m6tabolisme anaerobic alactique, la cr6atine-phosphate-kinase est la seule enzyme assurant la resynth~se de I 'ATP. La puissance m6canique maximale d 'un exercice off le m6tabolisme ana6robie alactique assure la quasi- totalit6 de la d6pense 6nerg6tique d6pend donc de l'activit6 la plus faible de ces 2 r6actions. M~me dans ce cas simple, il n'est pas facile de discerner quelle est la r6action qui repr6sente le facteur limi- rant ~ un instant donn6. L'activit6 myosine ATPase et celle de la CPK sont toutes deux 61ev6es au niveau du muscle squelettique au d6but de l'exercice. La diminution de la resynth6se d 'ATP par les diff6- rents m6tabolismes 6nerg6tiques n'est vraisembla- blement pas la seule explication de la diminution de puissance observ6e lors d 'un exercice maximal de br6ve dur6e. D'autres m6canismes interviennent probablement: diminution du nombre de ponts d'actine-myosine, baisse de la vitesse de formation des ponts d'actine-myosine, etc. Dans l'6tat actuel de nos connaissances, il est donc trop t6t pour d6ci- der du facteur limitant la puissance m6canique produite ~ un instant donn6. Par exemple, une valeur 61ev6e de la puissance produite entre la 5 ~ et la 10 ~ sec d 'un exercice maximal peut atre interpr6t6e

comme l'indice soit d'une capacit6 alactique importante, soit d 'une puissance lactique 61ev6e, soit d 'une r6sistance ~ la fatigue. I1 est donc actuellement pr6f6rable d'6viter les termes de puissance maximale ana6robie alactique et lactique dans la d6nomination des tests fond6s sur la mesure d 'une puissance m6canique ou d 'un travail produits lots d 'un exercice de brbve dur6e.

Description des tests Tests de ddtente. La d6tente verticale a 6t6 pro- pos6e par D.A. Sargent (1921) et son homonyme L.W. Sargent (1924) comme test de puissance musculaire g6n6rale. Sur le plan th6orique la d6tente verticale a plut6t la dimension d'un travail que celle d 'une puissance. Cependant, des 6tudes r6centes relancent l'int6r~t de la d6tente verticale:

- les sujets qui pr6sentent les d6tentes verticales les plus 61ev6es poss6dent statistiquement un plus grand pourcentage de fibres rapides; - une 6tude r6alis6e sur plate-forme de force (Davies & Young 1984) montre que la hauteur atteinte Iors d'une d6tente verticale est corr616e avec le pic de puissance produit pendant la phase d'impulsion. Cette marne 6tude montre une excel- lente corr61ation entre ce pic de puissance et la puissance maximale sur bicyclette ergom6trique;

- il existe une assez bonne corr61ation entre d6tente verticale et puissance maximale sur ergocycle (Van- dewalle et al., 1987).

Le test de d6tente verticale conserve donc certai- nement un int6rat dans la surveillance de l'entraT- nement des athletes des sports de force, de puissance et de vitesse.

La valeur de la d6tente verticaie diff6re selon le protocole utilis6. Par exemple, les d6tentes mesu- r6es sur plate-forme sont nettement inf6rieures celles obtenues avec les autres protocoles (Vande- waile et al., 1987). I1 est doric n6cessaire d'employer toujours le marne protocole si on d6sire faire des comparaisons. A notre avis, les protocoles utilisant la hauteur maximale atteinte avec la main devraient ~tre r6serv6s aux sportifs habitu6s ~t ce type d'exercice (volleyeurs, handballeurs et basketteurs). La reproductibilit6 de la densit6 verticale est bonne, ~t condition d'autoriser les sujets g r6p6ter ce test plus de 3 fois par s6ance de mesure et de ne conserver que la meilleure valeur. Test de l'escalier de Margaria. En 1966, Marga- ria a propos6 un test de mesure de la puissance maximale ana6robie consistant en la mont6e fi vitesse maximale d 'un escalier. La vitesse de mon- t6e est mesur6e au moyen de cellules photo- 61ectriques dispos6es selon les protocoles soit sur les 4 e et 8 e marches, soit sur les 6 ~ et 12 ~ marches.


Une course d'61an sur le palier horizontal pr6c6de cette mont6e qui est r6alis6e 2 marches par 2 ou 3 par 3 selon le protocole. Compte tenu de la phase d'61an avant la 6 ~ marche, on suppose que la vitesse du sujet est constante entre la 6 ~ et la 12 e marche et que par cons6quent le seul travail r6alis6 pendant ce temps est celui r6alis6 contre la force de pesanteur. La puissance fournie est donc 6gale ~:

P = mgh/ t

o4 m est la masse corporelle (kg), g l'acc616ration de la pesanteur (9,81 m.s -2, h la diff6rence de niveau (en m~tres) entre la 6 e et la 12 e marche et t le temps de mont6e (en secondes). Ce test qui a 6t6 tr6s utilis6 dans les ann6es qui suivirent sa publi- cation a 6t6 abandonn6 par la suite pour les raisons suivantes : 1) les forces mises en jeu dans ce test sont inf6rieu- res ~ celles permettant de produire la puissance maximale. L'utilisation de surcharge (par exemple un gilet lest6) permet g6n6ralement de produire une puissance sup6rieure lors de cette 6preuve; 2) des probl6mes de coordination chez certains sujets qui ~prouvent des difficult6s ~ monter l'escalier h vitesse maximale tout en posant les pieds un endroit d6termin6 (6 ° et 12 e marches, par exemple).

Des modifications de protocole (utilisation d 'un gilet lest6, d'autres capteurs de d6placement, d 'un plan inclin6 au lieu d 'un escalier...) devraient am6- liorer la validit6 de cette 6preuve; aussi le d6sen- gouement pour ce test n 'est peut-~tre que temporaire. Test de puissance explosive sur ergocycle. Aya- lon et al. (1974) ont propos6 de mesurer un indice de puissance explosive sur bicyclette ergom6trique. Une charge ind6pendante (test de puissance explosive absolue, 2,9 kg pour un ergocycle de Fleish) ou d6pendante de la masse corporelle du sujet (test de puissance explosive relative, 0,040 kg.kg -I pour un ergombtre de Fleish) est utilis6e. Le sujet effectue une extension maximale du membre inf6- rieur et le temps n6cessaire pour un d6placement angulaire de la p6dale 6gal ~t 120 ° est mesur6 avec une pr6cision du centi6me de seconde. Trois essais sont effectu4s et la valeur moyenne des temps est utilis6e dans le calcul de la puissance produite. Ces auteurs ne tiennent pas compte des forces d'inertie (membre inf6rieur et volant de l'ergocycle) qui repr6sentent probablement une part importante de l'6nergie d6pens~e, ce qui diminue la validit6 du test. D'autre part ils supposent que la force de freinage correspond (h un facteur pr6s) ~ la charge, ce qui n'est vrai que quand la charge est stabilis6e. Or la

charge n'est pas stabilis6e dans ce test. Un exercice d'extension contre la simple inertie de la roue est a priori plus int6ressant et correspond en fair au test d6crit par Hill (1922, 1924) il y a plus de 60 ans. Relations force-vitesse. La d6termination de la relation force-vitesse d 'un groupe musculaire est une m~thode d'6tude de ses propri6t6s contractiles. Cependant, l 'obtention d'une relation force-vitesse qui exprime r6ellement les propri4t6s m6caniques d 'un groupe musculaire n4cessite l 'observation de certaines conditions qui allourdissent le protocole et sont donc rarement remplies. Cependant, les relations force-vitesse obtenues chez l 'homme lots de mouvements mono- ou poly-articulaires, lors de mouvements balistiques ou cycliques, restent g6n6- ralement int4ressantes en pratique, marne si leur protocole n'est pas toujours satisfaisant sur le plan biom6canique.

A partir des travaux ant6rieurs sur la relation force-vitesse et les protocoles pr6existants concernant la mesure de la puissance maximale sur bicyclette ergom6trique (Ayalon et al., 1974; Pirnay & Crielaard 1977), un test <~ force-vitesse)> sur ergocycle Monark r6alisable avec les membres inf6rieurs ou sup6rieurs a 6t6 mis au point (P4r6s et al., 1981 ; Vandewalle et al., 1983 et 1987). Pour les pics de vitesse compris entre 100 et 200 tours par minute, la relation force-vitesse peut &re 4crite sous la forme suivante :

V = Vo(1 - F/Fo)

off Vest le pic de vitesse correspondant ~ la force F, V o l'intersection de la droite repr6sentative de la relation force-vitesse avec l'axe des vitesses et F o l'intersection de cette m~me droite avec l'axe des forces. V o e t F o ont la dimension respectivement d 'une fr6quence maximale de p6dalage et d 'une force maximale. La puissance maximale Wmax est obtenue pour un pic de vitesse 6gal ~t 0,5 V o et une force 6gale ~t 0,5 F o. Wmax est donc 6gal 0,25 VoF o. Wingate test. Parmi les nombreux tests ana6ro- bies qui ont 6t6 propos6s, le Wingate test, et ses d6riv6s, est probablement celui qui est le plus uti- lis6 dans le monde actuellement. Ce test consiste en un exercice de p6dalage ~t vitesse maximale pendant 30 sec contre une force de freinage constante 6ta- blie en fonction du poids corporel : 75 g par kg de poids corporel dans l'6tude princeps (Ayalon et al., 1974), puis environ 87 g par kg dans une 6tude plus r6cente (Dotan & Bar-Or, 1983). Trois indices sont mesur6s : la valeur du pic de vitesse, la quantit6 de travail effectu6e pendant les 30 see et la baisse de puissance au cours de l'4preuve. La valeur du pic

Evaluation de la puissance maximale a~robie et ana~robie 269

de vitesse multipli6e par la force de freinage donne la valeur du pic de puissance pendant l'6preuve et est pr6sent6e comme une estimation de la puissance maximale ana&obie. La quantit6 de travail r6ali- s6e pendant l'6preuve est pr6sent6e comme une estimation de la capacit6 maximale ana6robie. La baisse de puissance (diff6rence entre le pic de puissance et la valeur la plus basse de la puissance pendant l'6preuve, divis6e par le temps 6cou16 entre le pic et le moment o/1 la valeur la plus basse est atteinte) est un indice de fatigabilit6 dont l'int6r~t est qu'une corr61ation positive a 6t6 trouv6e entre cet indice et le degr6 d'hypertrophie des fibres musculaires de type rapide. Cet indice de fatigue aurait donc pu &re un test d'6valuation indirecte de la typologie musculaire.

Les &udes les plus r6centes remettent en question l'int6r~t du Wingate test dans l'exploration fonctionnelle du m6tabolisme ana6robie. Comme pour tout test, les critiques portent sur sa reproduc- tibilit6 et sa validit6. La reproductibilit6 de la mesure du pic de puissance est tr~s bonne dans toutes les 6tudes (r > 0,90 pour Bar-Or et al., 1977 et Patton et aL, 1985). Celle de la quantit6 de travail r6alis6e en 30 sec est aussi bonne (0,90<r<0,93). Par contre, la reproductibilit6 de l'indice de fatigue est mauvaise (0,43 <r<0,74).

Le Wingate test mesure-t-il r6ellement ce qu'il est suppos6 mesurer ? Autrement dit, 1) le pic de puissance est-il une bonne estimation de la puissance maximale ana6robie, 2) la quantit6 de travail r6a- lis6e pendant l'6preuve est-elle une estimation de la capacit6 ana6robie et enfin 3) l'indice de fatigue est-il un bon reflet de la typologie musculaire ?

La critique essentielle de la validit6 du pic de puissance comme estimation de la puissance maximale est d'ordre biom6canique. I1 n'est pas possible de d&erminer la force de freinage d'un Wingate test qui soit apriori optimale pour tousles sujets (Van- dewalle et aL, 1987). Compte tenu du caract~re tr~s 6prouvant de ce test, il n'est pas possible de recom- mencer l'6preuve dans le cas off la force de freinage utilis6e s'av6rerait aposteriori trop diff6rente de la force optimale. L'estirnation de la puissance maximale ana6robie au moyen du Wingate test est donc apriori moins precise que celles obtenues au moyen d'exercices plus brefs qu'il est alors possible de r6p6- ter plusieurs fois dans une m~me s6ance contre dif- f6rentes forces de freinage (Pirnay & Crielaard, 1979; P6r~s et al., 1981 ; Sargeant et aL, 1981, Van- dewalle et al., 1983 et 1987).

La validit6 de la quantit6 de travail r6alis6 pendant le Wingate test comme indice de capacit6 maximale ana6robie est discutable. La dur6e du Wingate test est trop courte pour 6puiser les r6serves 6ner-

g6tiques ana6robies mais cependant encore trop Ion- gue pour que le m6tabolisme a6robie soit n6gligea- ble. A la 30 e sec de l'6preuve, la puissance fournie est g6n6ralement encore nettement sup6rieure h la valeur de la puissance maximale a6robie et par con- s6quent, afortiori, ~ la puissance de m&abolisme a6robie ~ cet instant. Dans les 6tudes off l'exercice est prolong6 au-del~t de 30 sec, la puissance produite diminue de fa~on exponentielle et n'est 6quivalente

la puissance maximale a6robie qu'au bout d'envi- ton 1 min (Katch, 1973). La capacit6 ana6robie n'est donc pas 6puis6e ~t la 30 e sec. D'autre part, la dur6e de l'exercice est suffisamment importante pour qu'il ne soit plus possible de n6gliger la participation du m6tabolisme a6robie. Le pourcentage de l'6nergie provenant du m6tabolisme a&obie a 6t~ estim6e comprise entre 13 et 28°70. Ce pourcen- rage devrait 8tre plus 61ev6 chez les athletes ayant une valeur 61ev6e de consommation maximale d'oxyg~ne et une faible constante de temps d'adaptation du m6tabolisme a6robie que chez des athletes de puissance ayant une faible consommation maximale d'oxyg~ne. Ace sujet il est int6ressant de citer les travaux r6cents 6ffectu6s ~t Clermont- Ferrand montrant que chez les enfants qui ont une constante de temps d'adaptation du m&abolisme a6robie et une puissance maximale ana&obie g6n6- ralement faibles, ce pourcentage de participation du m6tabolisme a6robie semble plus 61ev6 que chez l'adulte moyen (Bedu et al., 1988).

S'il a 6t6 trouv6 une corr61ation positive significative entre l'indice de fatigue et le degr6 d'hyper- tophie des fibres musculaires rapides, il convient de rappeler que, dans cette m~me 6tude, les corr6- lations entre l'indice de fatigue et le pourcentage de fibres rapides (en nombre ou en surface) n'6taient pas significatives. Dans une 6tude plus r6cente (Froese & Houston, 1987), la corr61ation la plus significative entre typologie musculaire et r6sul- tats au Wingate test 6tait observ6e avec la valeur du pic de puissance et non pas avec l'indice de fatigue. De plus il existe des arguments sugg6rant que l'indice de fatigue d6pend aussi du m6tabolisme a6robie. La consommation d'oxyg~ne ~ la 30 e sec d'exercice est 61ev6e, aux environs de 75°70 de la consommation maximale. Un sujet ayant une faible puissance maximale ana6robie mais une consommation maximale d'oxyg~ne 61ev6e avec une br~ve constante de temps devrait avoir un indice de fatigue plus faible qu'un sujet tr~s puissant mais ayant une consommation maximale d'oxyg~ne peu 61ev6e. Ceci pourrait expliquer pourquoi il a 6t6 trouv6 dans certaines 6tudes des corr61ations significatives entre consommation maximale d'oxyg~ne et indice de fatigue: plus la consommation maxi-


male d'oxyg6ne est 61ev6e plus l'indice de fatigue est faible. D'autre part, dans une 6rude r6cente r6a- lis6e A Saint-Etienne (C. Denis, communication personnelle), la confrontation des r6sultats du Wingate test avec ceux d'une biopsie musculaire montre que l'indice de fatigue est corr616 avec les activit6s enzymatiques mitochondriales, c'est-fi-dire des enzymes intervenant dans le m6tabolisme a6robie. Mesure de la puissance maximale anaOrobie lactique. Compte tenu de la raise en jeu des m6tabo- lismes a6robie et ana6robie plus rapide que ce qui 6tait classiquement admis, il est difficile de conce- voir un test ergom6trique simple qui permette une 6valuation pr6cise de la puissance maximale ana6- robie lactique. Margaria et al. (1964) ont 6tudi6 la puissance maximale du m6tabolisme ana6robie lactique avec le protocole exp6rimental suivant.

Le sujet r6alise des exercices/t diff6rentes puissances. Pour chaque puissance d'exercice, il r6alise plusieurs r6p6titions de diff6rentes dur6es. Pour chaque puissance, la concentration d'acide lactique est mesur6e ~ un moment donn6 de la r6cup6ration et la relation entre lactat6mie et dur6e d'exercice est ensuite 6tablie. On constate alors que, pour une puissance d'exercice donn6e, la relation lactat6mie- dur6e d'exercice peut ~tre assez bien d6crite par une relation lin6aire (Y = a + bX ou Y est la lactat6mie et X la dur6e d'exercice). Dans l'exp6rience de Mar- garia la pente de ces droites est quasiment identi- que et maximale pour des puissances d'exercice ~lev6es. Seule l 'intersection avec l 'axe des dur6es (param6tre a) varie avec la puissance d'exercice: plus la puissance est 61ev6e, plus le param~tre a est faible.

Si on admet que le volume de dilution des lactates est le marne quelles que soient la puissance et la dur6e de l'exercice, la lactat6mie refl6te la quan- tit6 de lactate produite et par cons6quent la pente de ces droites, quotient d 'une quantit6 de lactate par une dur6e, a la dimension d 'un d6bit de lactate. I1 est alors tentant de consid6rer que la valeur maximaie de b corresponde au d6bit maximal de lactate, c'est-/~-dire la puissance maximale du m6ta- bolisme ana6robie lactique.

Un certain hombre de critiques doivent atre faites : 1) quelle que soit sa validit6, une telle m6thode est difficilement r6alisable en pratique m6dico-sportive car elle n6cessite de nombreuses s6ances de mesure; 2) cette interpr6tation des r6sultats suppose:

- que les lactat6mies sont proportionnelles aux quantit6s de lactate produites. Ceci suppose que le volume de dilution et la cin6tique des lactates sont ind6pendants de la dur6e et de la puissance des exercices supra-maximaux;

- qu 'au d6but de l'exercice, le d6bit de lactate est constant dans le temps pour une puissance don- n6e. Ceci est probablement vrai ~ condition d'exclure les exercices tr6s brefs.

Comparaison des puissances maximales obtenues avec diffdrents protocoles Les 6tudes ayant compar6 les valeurs des puissances maximales obtenues avec diff6rents protocoles de mesure ont g6n6ralement trouv6 des coefficients de corr61ation significatifs (Davies, 1971 ; P6r6s et al., 1988) mais des valeurs moyennes statistiquement diff6rentes. Les diff6rences entre les puissances maximales obtenues selon diff6rents protocoles ont de nombreuses origines : la puissance calcul6e est une puissance maximale instantan6e ou une valeur maximale de puissance moyenne, l'exercice est mono- ou poly-articulaire, la puissance est produite par 1 ou 2 membres inf6rieurs mis en jeu simultan6ment ou successivement, la dur6e d'exercice est plus ou moins longue, l'inertie des segments corporels est ou n'est pas prise en compte.. .

Quels que soient les tests utilis6s, ceux-ci montrent : - des valeurs de puissance maximale ana6robie sup6rieures chez les athl6tes pratiquant des sports de puissance et de vitesse (Komi et al., 1977 ; Van- dewalle et al., 1987; Seresse et al., 1989); - des valeurs nettement plus faibles chez l 'enfant que chez l 'adulte m~me lorsque les r6sultats sont rapport6s ~ la masse corporelle (Crielaard & Pir- nay, 1985; Bedu et al., 1989; Vandewalle et al., 1989) contrairement ~t ce qui est observ6 en ce qui concerne le m6tabolisme a6robie.

M e s u r e de la p u i s s a n c e m a x i m a l e du m 6 t a b o - l i s m e a 6 r o b i e

M~thodes directes

Validitd de la mesure de la consommation maximale d'oxygkne En fait, c'est le pr616vement maximal d'oxygbne (maximal oxygen uptake des anglophones) qui est mesur6 et non pas la consommation maximale d'oxyg6ne. En pratique cette distinction n'est pas fondamentale lorsque les mesures sont r6alis6es en 6tat stable car il existe peu de r6serve d'oxyg+ne dans l 'organisme et la quasi-totalit6 de l 'oxyg6ne pr61ev6 par l 'organisme est utilis6e dans des r6ac- tions de combustion (les peroxydations importantes sur le plan fonctionnel sont quantitativement n6gligeables).

Evaluation de la puissance maximale a~robie et ana&obie 271

La validit6 de la mesure du pr616vement maximal d'oxyg~ne comme m6thode d'6valuation de la puissance maximale de resynth6se a&obie de I'ATP n'est pas discut6e. Bien que le nombre de mol6cu- les d'ATP synth6tis6es par mol6cule d'oxyg~ne con- somm6e soit sensiblement diff6rent pour la combustion des glucides et celle des lipides (6,5 pour les glucides et 5,7 pour les lipides), cette diff6rence peut ~tre n6glig6e en pratique. En effet, lors de l'atteinte de la consommation maximale d'oxyg6ne les glucides repr6sentent la presque totalit6 des substrats oxyd6s.

I1 est 6videmment n6cessaire que la consommation d'oxyg6ne mesur6e soit maximale. Le meilleur crit6re d'atteinte de la consommation maximale d'oxyg~ne est l'observation d'un plateau de consommation (Shephard et aL, 1968; Astrand & Rodahl, 1973) lorsque la puissance d'exercice est augment6e.

Cependant, un plateau de consommation d'oxy- g~ne n'est souvent pas observ6 (Noakes, 1988) en particulier chez l'enfant. La valeur la plus 61ev6e de consommation d'oxyg6ne mesur6e devrait alors &re d6nomm6e pic de consommation au lieu de consommation maximale. Toutefois, dans de nombreux cas, le pic de consommation est consid6r6 comme proche de la consommation maximale quand d'autres crit6res sont respect6s: fr6quence cardiaque proche de la fr6quence cardiaque maximale r6elle ou th~orique, quotient respiratoire sup6- rieur ou 6gal h 1,1, lactat6mie sup6rieure 8 mmol.L -1 (Lacour & Flandrois, 1977). Chez l'enfant les crit6res d'atteinte d'une consommation d'oxyg6ne proche de VO 2 max sont moins exi- geants : quotient respiratoire 6gal ou sup6rieur ~t 1 et lactat6mie sup6rieure ~ 6 mmol.L-1 (Sheehan et aL, 1987).

Un plateau de consommation d'oxyg6ne est rarement observ6 dans les exercices r6alis6s avec des masses musculaires peu importantes comme ceux r6alis6s avec les membres sup6rieurs, un seul membre inf&ieur et les exercices mono-articulaires (Davies & Sargeant 1974 aet b ; Lewis et al., 1983 ; Shephard et al., 1988; Hartling et aL, 1989). L'absence de plateau peut s'expliquer: 1)par l'importance des cocontractions des muscles ne par- ticipant pas directement h la production du travail; 2) par une fatigue musculaire provoqu6e par l'accu- mulation de m6tabolites. Si la premi6re explication de l'absence de plateau est la bonne, le pic de consommation d'oxyg~ne est sup6rieur h la consommation maximale d'oxyg6ne du groupe musculaire consid6r6. Au contraire, si une fatigue musculaire explique l'absence de plateau dans les exercices locaux et g6n6raux, on doit en tirer les conclusions suivantes :

- le facteur limitant la *~/O 2 max pourrait 8tre l'hydrolyse de I'ATP et non pas les facteurs limitant la resynth~ses a6robie de I'ATP; - la validit6 du pic de VO 2 comme mesure de la puissance maximale de resynth~se a6robie serait doric contestable;

- le pic de VO 2 mesur6 est inf6rieur ~t la consommation maximale d'oxyg6ne du groupe musculaire 6tudi&

Lots de la surveillance de l'entra~nement d'un sportif, il faut se m6fier des variations trompeuses de VO 2 max entre 2 s6ances de mesure: - comparaison d'un pic de ~rO 2 (absence de plateau de consommation d'oxyg6ne) avec une v6rita- ble VO 2 max;

- confiance excessive darts la pr6cision des mesures r6alis6es avec certains appareils automatis& En pratique courante la marge d'erreur avoisine probablement _+ 5% avec ce type de mat6riel. Cette marge d'erreur, acceptable pour une mesure physio- logique, est malheureusement aussi importante que les faibles progrbs observ6s chez les athletes de haut niveau.

Epreuves triangulaires et rectangulaires Les protocoles de mesure de V O 2 m a x peuvent &re subdivis6s en protocoles triangulaires et rectangulaires. Dans les protocoles triangulaires, la puissance d'exercice cro~t par paliers de 1 ~t 4 min sans repos entre les diff6rents paliers jusqu'h l'atteinte d'un p!ateau de VO 2 ou jusqu'~t l'6puisement du sujet. VO 2 est mesur6e en continu ou ~t la derni6re minute des paliers. Dans les protocoles rectangulaires, le sujet r6alise une s6rie d'exercices de 5 h 6 min. Des intervalles de r6cup6ration de 3 ~ 10 rain s6parent g6n6ralement les diff6rents exercices mais, dans le cadre d'6tudes exp6rimentales, cet intervalle peut d6passer la journ6e. La puissance des paliers croR de 20 ~t 50 W sur ergocycle; sur tapis roulant soit la vitesse est augment6e de 1 ou 2 km.h-1, soit la pente est accentu6e de 2 ou 3%. Si le plateau de consommation d'oxyg6ne semble plus net dans les protocoles rectangulaires, les diff6rences de VO z max mesur6es avec les protocoles rectangulaires et triangulaires sont peu importantes (Taylor et al., 1955; Maksud & Courts, 1971; McArdle et al., 1973 ; Fardy & Hellerstein, 1978). Aussi, les 6preu- ves triangulaires sont g6n~ralement utilis6es pour des raisons de commodit6.

Effet du volume musculaire actif sur la valeur de la consommation maximale d'oxygkne La valeur de la consommation maximale d'oxyg6ne d6pend fortement du volume musculaire mis en jeu dans l'exercice (Bouhlel, 1988; Shephard et al.,


1988). Plus de volume musculaire actif est impor- tant plus la consommation maximale d'oxyg6ne est 61ev6e. La consommation maximale d'oxyg6ne d6pend donc du type d'exercice pendant lequel elle est mesur6e. Chez des sujets non sp6cialis6s en cyclisme, les consommations maximales d'oxyg6ne mesur6es sur tapis roulant avec pente d'au moin 3% sont g6n6ralement sup&ieures (5 ~ 10%) ~t celles mesur6es sur bicyclette ergom4trique (Astrand & Saltin, 1961 ; Hermansen & Saltin, 1969; Bergh et al., 1976). Cependant, ch.ez des cyclistes de haut niveau, les valeurs de VO 2 max mesur6es sur ergocyle sont sup6rieures ~ celles mesur6es sur tapis roulant avec 30/0 de pente (Stromme et al., 1977). En l'absence de pente, la consommation mesur6e sur tapis roulant peut ne pas ~tre sup6rieure h celle mesur6e sur bicyclette ergom&rique (Astrand & Sal- tin, 1961). Ces diff6rences sont parfois interpr6t6es comme la raise en jeu d'une masse musculaire plus importante dans les exercices sur tapis roulant avec pente que dans ceux sur bicyclette ergom4trique. I1 est possible qu'une fr6quence de p6dalage trop basse explique aussi en partie les valeurs inf6rieu- res sur bicyclette ergom6trique (P6r6s et al., 1987), car la fr6quence cardiaque maximale mesur4e 60 tours par rain est inf6rieure ~ celle mesur6e 90 et 120 tours par rain.

Cependant, il n'existe pas un proportionnalit6 entre consommation d'oxyg6ne et volume musculaire (Bouhlel, 1988 ; Shephard et al., 1988). Ainsi, la consommation d'oxyg6ne mesur6e pendant un exercice r6alis6 avec les 2 jambes est inf6rieure au dou- ble de celle mesur6e lots d'un exercice r6alis6 avec une seule jambe (Gleser, 1973 ; Davies & Sargeant, 1974 a et b ; Neary & Wenger, 1986; Bouhlel, 1988 ; Shephard et al., 1988). De m~me, le fair d'ajouter un exercice de brash un exercice des membres inf6- rieurs n'augmente que peu (5 ~ 10% pour Secher et al., 1974; Reybrouk et al., 1975) ou pas (Astrand & Saltin, 1961 ; Stenberg et al., 1967) la consommation maximale d' oxyg6ne. Holmer (1974) a observ6 que chez une nageuse atteignant 2,7 L.min-1 en nage avec les bras et 3 L.min- 1 avec les jambes la consommation maximale d'oxyg6ne pendant la nage bras +jamb.es 6tait de 3,6 L.min -1. L'aug- mentation de la VO 2 max lors d'un exercice bras + jambes par rapport hun exercice jambes seules serait plus marqu6e et plus fr6quente chez les sujets entrain6s avec les bras (Secher et al., 1974). Autre- ment dit, la consommation maximale d'oxyg6ne rapport6e au volume musculaire actif est d'autant plus 61ev6e que ce volume est faible.

Les effets de l'entra~nement sur les facteurs locaux limitant la VO 2 max (Rieu, 1988) et les variations interindividuelles dans le d6veloppement

des diff6rents groupes musculaires pourraient expliquer la sp6cificit6 de VO 2 max (Holmer & Astrand, 1972; Roberts & Alspaugh, 1972; Magel et al., 1975; Vrijens et al., 1975; Stromme et al., 1977; Bouchard et al., 1979). Id6alement, la mesure de VO 2 max devrait donc 8tre r6alis6e pendant le m~me type d'exercice que celui ou ceux r6alis4s ~t l'entra~nement pour mettre en 6vidence les effets 6ventuels de celui-ci sur la puissance maximale a6robie.

Mesure indirecte de la consommat ion maximale d ' o x y g k n e

Les 6preuves destin6es g l'estimation indirecte de VO 2 max peuvent &re subdivis6es en 6preuves maximales et 6preuves sous-maximales. Toutes ces 4preuves poss~dent ~ des degr6s divers les m~mes sources d'impr6cision:

- l'incertitude sur le cofit 6nerg6tique individuel de l'exercice est la principale source d'erreur;

- la participation plus ou moins importante du m6tabolisme ana6robie est une deuxi6me source d'impr6cision de la pr6diction de VO 2 max dans les tests off le sujet r6alise un exercice maximal;

- l'incertitude sur la fr6quence cardiaque maximale dans le cas des tests sous-maximaux;

- l'incertitude sur le caract~re maximal de l'exercice chez des sujets peu motiv6s dans le cas des 6preuves indirectes maximales.

Epreuves indirectes sous-maximales Les 6preuves indirectes sont fond6es sur la mesure d'une fr6quence cardiaque ~t l'6tat stable d'un exercice sous-maximal. Ces exercices sous-maximaux consistent g6n6ralement soit en un exercice de p6da- lage sur ergocycle, soit en la mont6e d'une marche (step-test). La dur6e de ces exercices est suffisante (5 min et plus) pour qu'un &at relativement stable se soit installS. La puissance d'exercice dolt &re suffisamment sous-maximale pour que le m6tabolisme a6robie assure la quasi-totalit6 de la demande 4ner- g6tique.

Epreuves indirectes sur ergocycle. ,, Epreuve d'Astrand-Ryhming.(1954) : cette m&hode d'estimation indirecte de VO 2 max est la plus connue de toutes. Elle est fond6e sur les 2 hypoth6ses suivantes : 1) il existe une relation lin6aire entre la fr6quence cardiaque et la consommation d'oxyg~ne pour les exercices sous-maximaux. Statistiquement, h u n pourcentage donn6 de la consommation maximale d'oxyg~ne correspond, h l'&at stable, une fr6quence cardiaque. Ainsi, chez l'homme adulte, 128 batte-

Evaluation de la puissance maximale a&obie et ana&obie 273

merits par minute ~ l'6tat stable correspondent ~t 50% de y o 2 max et 154 battements par minute ~t 7007o de VO 2,max. Ceci peut &re pr6sent6 sous la forme d'une 6quation:

% xQO 2 max = 0,77 fc-- 48,6

2) pour une m~me puissance d'exercice, le rendement m6canique est suppos6 peu diff6rent d 'un sujet h l 'autre (23070) et, par cons6quent, il est possible d'exprimer la puissance d'exercice en 6quiva- lent oxyg~ne. Connaissant la puissance d'exercice, la consommation d'oxyg~ne pendant l'6preuve peut ~tre suppos6e. Par exemple, si le sujet effectue un exercice de 150 W, la valeur la plus probable de sa consommation d'oxyg~ne ~ l'&at stable de cet exercice est de 2,1 L.min-1.

L'6preuve consiste donc h faire p6daler le sujet pendant 6 min ~t une puissance constante (pour des sujets moyens, 150 W pour les hommes et 100 W pour les femmes). La fr6quence cardiaque est mesu- r6e pendant la derni~re minute quand l'&at est con- sid6r6 comme stable. La fr6quence cardiaque doit &re au minimum de 130 bpm. Un nomogramme (Astrand & Ryhming, 1954; Astrand & Rodahl, 1973) dispense l'utilisateur des calculs de d6pense 6nerg6tique et de pourcentage de V O 2 m a x et donne rapidement la VO 2 max pr6dite.

L'incertitude sur le cofit 6nerg6tique est une cause d'erreur importante. L'6cart type du rendement est de + 6°70.. En pratique, une source d'impr6cision suppl6mentaire est la non-observation de la fr6- quence de p6dalage. La relation entre fr6quence cardiaque et pourcentage de VO 2 max est m6diocre. I1 existe un 6cart type d'environ 9 battements pour un m~me pourcentage de VO 2 max chez l'adulte (Astrand & Rodahl, 1973). Ceci.signifie que 6807o des sujets travaillant ~t 50070 de VO 2 max ont une fr6quence cardiaque comprise entre 119 et 137 bpm. De plus, la relation entre fr6quence cardiaque et pourcentage de VO 2 max est diff6rente chez l 'enfant et chez l'adulte (Bedu et al., 1985 ; Vidalin et al., 1989):

Fc= 1,126070 x~O 2 max+90,3 (enfant de 10-12 ans)

La variabilit6 des fr6quences cardiaques maximales est une des causes de variation de la relation fr6- quence cardiaque-pourcentage de VO 2 max. Darts l'6tude d'Astrand & Ryhming (1954) la fr6quence cardiaque maximale 6tait de 195 bpm. Cette fr6- quence est nettement sup6rieure ~ celles observ6es chez les sujets ~g6s. C'est pourquoi I. Astrand- Ryhming proposa une table de facteurs de correc-

tion qui tient compte de la fr6quence cardiaque maximale r6elle ou th6orique selon l'fige (Astrand & Rodahl, 1973).

I1 existe une corr61ation significative entre la pr6- diction et la valeur r6elle de VO 2 max (Astrand & Rodahl, 1973 ; Flandrois et al., 1962). L'6cart type de la pr6diction de VO 2 max ~ partir du nomogramme est de 15 °70 m~me en tenant compte du facteur de correction (Astrand & Rodahl, 1973). Ainsi 95070 des sujets sont th6oriquement 6valu6s avec une marge d'erreur de +3007o. La pr6cision de la m&hode est donc limit6e. Dans l'&ude de Vidalin et al. (1989), les valeurs pr6dites ~ partir du nomogramme d'Astrand sont sous-estim6es pour toutes les cat6gories d'~ge.

La reproductibilit6 est bonne lorsque l'6preuve est reproduite dans les m~mes conditions d'horaire, de climat, d'entra~nement et de fatigue et lorsque la fr6quence de p6dalage est v6rifi~e au tour pr~s. En pratique courante la reproductibilit6 est probablement moins bonne car on se contente g6n6rale- ment de respecter les recommandations d'Astrand et Ryhming (1973): absence de tout exercice physique et abstinence du tabac et d'excitants (caf6) dans les heures qui pr6c~dent, d61ai de 2 ~ 3 h apr6s un repas copieux, mesure de la fr6quence cardiaque pendant l'6tat stable de l'exercice et non pendant la r6cup6ration. • Epreuve de Fox: Fox (1973) a.propos6 une m6thode simple de pr6diction de la VO 2 max fon- d6e sur une 6quation lin6aire entre la VO 2 max directe et la fr6quence cardiaque mesur6e & la 5 e min de p6dalage ~t la puissance unique de 150 W. L'6quation est la suivante:

~rO 2 max pr6dite = 6,3 - 0,0193.f c

Cette m6thode donne des valeurs pr6dites inf6- rieures ~ celles du nomogramme d'Astrand- Ryhming pour les fr6quences cardiaques inf6r!eu- res ~ 139 bpm ~t la 5 e rain d'exercice et des VO 2 max pr6dites plus 61ev6es pour les fr6quences cardiaques sup6rieures ~t 139 bpm. Cette formule ne semble avoir 6t6 valid6e que pour des VO 2 max comprises entre 2,45 et 4,35 L.min -1. Pour des sujets ayant une VO 2 max sup6rieure ~t 4,5 L.min-1, la valeur pr6dite devrait ~tre syst6mati- quement sous-estim6e. En effet, un sujet ayant une VO 2 max de 5 L.min - t devrait avoir une fr6- quence cardiaque de 67 bpm ~t la 5 e min d 'un exercice de 150 W. Fox conseille d'utiliser le facteur de correction pour l'age de I. Astrand-Ryhming pour les sujets ~tg~s de plus de 25 ans. • D6termination de la relation puissance-fr6quence cardiaque: au lieu d'6mettre une hypoth6se concer-


nant la relation entre la fr6quence cardiaque et la puissance d'exercice, il est facile de la d6terminer au moyen d'une 6preuve par pallets progressifs, en choisissant les puissances de fagon ~ obtenir des fr6- quences cardiaques comprises entre 125 et 170 bpm. I1 est alors possible d'extrapoler la relation (sup- pos6e lin6aire) entre fr6quence cardiaque et puissance jusqu'~ la valeur de la fr6quence cardiaque maximale th6orique ou r6elle (mesur6e lors d 'une 6preuve pr6c6dente). La valeur de puissance ainsi obtenue est suppos6e 6gale ~t la puissance maximale a6robie (PMA); une pr6diction de VO 2 max peut ~tre faite en 6mettant une hypoth6se sur le rendement net R (0,23, par exemple) et la consommation d'oxyg6ne de repos (environ 3,5 ml.kg-1):

~]O 2 max = "VO 2 repos + 0 ,003.PMA/R

o~ "¢O 2 max est exprim6e en litres par minute et PMA en watts, VO 2 repos est la consommation d'oxyg6ne de repos (litres par minute), la valeur 0,003 correspond au quotient de 60 (1 min) par la valeur 6nerg6tique de l'oxyg~ne (20000 J par litre d'oxyg~ne). Step-test. Lors de la mont6e d 'une marche, le travail m6canique externe W (en joules) r6alis6 est donn6 par la formule:

W = h . m . g

ofa m est la masse corporelle du sujet (kg), h la hauteur de la marche (m) et g l'acc61&ation de la pesanteur (9,81 m.s-2). Si le sujet monte n fois la marche en 1 min, la puissance m6canique externe P (en watts) est donn6e par la formule:

P = n.h.m.g. /60

I1 existe une d6pense d'6nergie suppl6mentaire due au travail de freinage pendant la descente de la marche. Cette d6pense d'6nergie suppl~mentaire est g6n6ralement estim6e 6gale au tiers de celle de la mont6e. Le calcul de la d6pense 6nerg6tique n'est pas n6cessaire car il a 6t6 pr6alablement r6alis6 pour diff6rentes hauteurs de marche, diff6rentes fr6quen- ces de mont6es et des sujets d'~ge, de morphologie et de sexe diff6rents. Pour un sujet de poids donn6, la puissance d'exercice est proportionnelle ~ la fr6- quence des mont6es et ~ la hauteur de la marche. Un exercice de mont6e d 'une marche est donc un moyen facile de faire ex6cuter une quantit6 de travail. Cet ergom~tre est le moins cofiteux et ne n6ces- site pas de calibration. I1 est cependant n6cessaire de faire respecter la cadence des mont6es et de v6ri- tier que le sujet 61~ve bien tout son corps ~ chaque

mont6e (m~me posture corporelle en haut et en bas de la marche).

Les m6thodes indirectes fond6es sur la mesure de la fr6quence cardiaque lors de la mont6e d'une marche (step-tests) partent des m~mes hypotheses que celles des tests sous-maximaux sur ergocycles, d6crits ci-dessus. Le nomogramme d'Astrand- Ryhming peut ~tre utilis6 lots d 'un step-test. Le step-test d 'Astrand consiste ~ monter une marche

la fr6quence de 22,5 fois par rain. La hauteur de la marche est de 40 cm pour les hommes et de 33 cm pour les femmes. La pr6cision de la pr6dic- tion de VO 2 max au moyen du step-test d 'Astrand est m6diocre (Camuse t aL, 1974; Barrault, 1976) et probablement la moins bonne de toutes les 6preu- yes indirectes.

Par la suite, d'autres auteurs (Margaria et al., 1965) ont propos6 d'autres nomogrammes ou for- mules pour des step-tests fond6s sur un principe 16g~rement different: mont6e d 'une marche de 40 cm ~t 2 fr6quences impos6es (15 et 25 mont6es par min). Les fr6quences cardiaques correspondant aux 2 fr6quences de mont6e sont report6es sur une abaque. La valeur pr6dite d6pend de la fr6quence cardiaque maximale. L'abaque propose une pr6dic- tion de VO 2 max pour 3 fr6quences cardiaques maximales (200, 180, 160) th6oriques ou r6elles. Pour les enfants, la hauteur de marche est de 30 cm et les fr6quences de mont6e sont de 15 et 27 par min. Ces m~mes auteurs ont propos6 dans le m~me article une deuxi~me abaque adapt6e h ce protocole particulier. D'apr~s Margaria et al. (1965), la pr6- cision de la pr6diction par cette m6thode est meilleure que celle obtenue avec le step-test d 'Astrand.

Plusieurs 6tudes pr6conisent d'adapter la hauteur de la marche ~t la taille des sujets. Par exemple, Francis et Cuipepper (1988) proposent l '6quation suivante:

hauteur = 0,187.Taille

Epreuves indirectes maximales. La plupart de ces 6preuves sont r6alis6es sur le terrain et consistent g6n6ralement soit en tests de performance maximale en course ~ pied sur une distance impos6e ou une dur6e donn6e, soit en tests d'intensit6 progressive men6s jusqu'~ 6puisement. L'incertitude sur la fr6quence cardiaque maximale des 6preuves indirectes sous-maximales est rempla- c6e par l 'incertitude sur le caract~re maximal de l'6preuve. A la diff6rence des 6preuves sous- maximales, une motivation suffisante est indispensable dans ces 6preuves maximales. Le risque pour la sant6 de ces 6preuves est th6oriquement non n6gligeable lorsqu'elles sont impos6es ~t une population non s61ectionn6e.

Evaluation de la puissance maximale adrobie et anadrobie 275

Tests de performance en course Pt pied (Cooper, 1968). Le test le plus couramment utilis6 est le test de Cooper (1968) qui consiste h parcourir la distance la plus longue en 12 min. Les sujets peuvent courir et marcher pendant l'6preuve, seule compte la distance maximale parcourue. La valeur de VO 2 max (en ml/kg.min) pr6dite h partir de la distance (en m&res) est donn6e par l '6quation suivante:

"~O2max = 0,022 distance - 10,39

Les r6sultats de cette 6preuve sont significativement et positivement corr616s avec les valeurs de VO 2 max mesur6es sur tapis roulant avec pente (Coo- per, 1968; Barrault, 1976; Fouillot et al., 1976). Cependant, les 6tudes qui corr616rent par la suite les performances lots du test de Cooper avec VO 2 max directe proposent des 6quations diff6rentes selon la population &udi6e. Ainsi pour la population d'athl&es entra~n6s de l '&ude de Barrault (1976), l '6quation propos6e est la suivante:

~ro 2 max=0,011 D+21 ,90 (r=0,76)

L'hypoth6se h l'origine de ce test est que la dur6e de 12 min correspond au temps de maintien maximal de la puissance maximale a6robie. Ceci n'est probablement vrai que pour les athl6tes de haut niveau tr~s entra~n6s en endurance. Darts l '&ude de Barrault (1976), la d6pense 6nerg&ique pendant le test de Cooper a 6t6 estim6e h partir de l 'abaque de Margaria. Le pourcentage de VO 2 max correspondant ~t la vitesse du test de Cooper &ait compris entre 70 et 99% selon les sujets.

En plus de celles concernant les 6preuves indirectes maximales, les critiques concernant plus parti- culi6rement le test de Cooper et les tests de performance sont les suivantes: - le cofit 6nerg6tique de la marche est inf6rieur celui de la course pour les vitesses inf6rieures 7 km.h-1. Une mSme distance parcourue correspond donc ~ des d6penses 6nerg&iques diff6rentes selon qu'elle est r6alis6e uniquement en courant ou que le sujet a altern6 course et marche;

- la capacit6 maximale ana6robie doit influencer la performance; - la meiUeure performance possible sur la distance ou la dur6e impos6e correspond h une vitesse optimale de course. Cette vitesse optimale est a priori inconnue chez le sujet qui n 'a jamais &6 test6;

- il est indispensable que les sujets soient tr6s moti- v6s pour que la performance soit valide. L'6preuve peut rapidement devenir psychologiquement tr6s difficile; - des d6c~s sont survenus au d6cours de l'~preuve.

Tests d'intensit~progressive. Les tests progressifs de pr6diction indirecte de VO 2 max ont &6 mis au point pour pallier les limites du test de Cooper et assimil6s. Ces tests progressifs sont r6alis6s soit en laboratoire sur bicyclette ergom&rique soit sur le terrain en course h pied et en natation. • Tests progressifs sur ergocycle: Pat ton et al. (1982) ont propos6 le protocole suivant: le sujet p6dale sur ergocyle Monark ~t 75 tours par min pendant 2 min ~t vide, puis contre une force de freinage qui est augment6e de 0,5 kg toutes les minutes, c'est-~-dire augment6e de 37,5 W par minute. La force de freinage est augment6e jusqu'~t ce que le sujet soit incapable de p6daler au-dessus de 70 tours par minute pendant au moins 10 sec. Si une force de freinage ne peut 8tre maintenue pendant la minute enti~re, la puissance correspondant au palier pr6c6dent est retenue comme puissance maximale a6robie. La puissance maximale a6robie (P en watts) d&ermin6e par ce protocole a &6 corr616e avec les valeurs de VO 2 max (L.min-1) sur tapis roulant et sur ergocycle.

~/O 2 max TR = 0,014 P - 0,145 (hommes) = 0,009 + 0,707 (femmes)

"~O 2 max Erg = 0,012 P - 0,099 (hommes) = 0.008 P - 0,732 (femmes)

Par la suite, Brue et al. (1985) ont propos6 une ver- sion de ce test adapt6e & un autre type d'ergocycle. * Test progressif de course de l'universit6 de Montr6al (L6ger & Boucher, 1980): ce test consiste

courir le plus longtemps possible autour d 'une piste ~ vitesse impos6e. La vitesse qui augmente toutes les 2 min est impos6e par des signaux sonores 6mis & intervalles r6guliers. A chaque signal, le sujet doit se trouver ~ proximit6 d 'une des bornes dis- pos6es ~ intervalles r6guliers ~t la corde de la piste. L'6preuve est termin6e quand le sujet est incapable de suivre la vitesse impos6e. La valeur pr6dite de v~lO 2 max (ml.kg- 1.min- a) ~t partir de la vitesse de course du dernier palier V (km.h-1) est donn6e par l '6quation suivante:

~/O 2 max= 14,49+2,143 V+0,0324 V 2

L'originalit6 de cette 6quation est qu'elle n 'a pas &6 obtenue en corr61ant les r6sultats de VO 2 max de laboratoire avec les performances d 'une population exp6rimentale contrairement ~ la plupart des tests de terrain ant6rieurs. Ses concepteurs ont ras- sembl~ les donn6es d'&udes sur le cofit 6nerg&ique de la course ~ pied en fonction de la vitesse et 6mis l 'hypoth6se que la d6pense 6nerg&ique du dernier


palier 6tait assur6e par le m6tabolisme a&obie. La validit6 de cette formule a 6t6 v&ifi6e en comparant la ~'O 2 max pr6dite avec la VO 2 max mesu- r6e sur tapis roulant. Dans l'6tude originale (L6ger, 1981a), les valeurs moyennes des VO 2 max pr6di- t e se t mesur6es &aient identiques. Dans d'autres 6tudes (par exemple Lacour et al., 1989), il existe une surestimation syst6matique. L'erreur type de l 'estimation 6tait de 2,8 ml .kg-Lmin -1, c'est-fl- dire que 95% des sujets 6talent estim6s avec une erreur inf6rieure fl 5,6 ml.kg-1.min-1 dans l'&ude originale. Si cette pr6cision est meilleure que celle des autres m6thodes indirectes, elle n'est pas cependant suffisante pour classer les sujets d 'une population homog6ne de bon niveau (L6ger, 1981a; Lacour et aL, 1989). Chez les sujets sp6cifiquement entra~n6s en course fl pied et de haut niveau, c'est- fl-dire chez des sujets off le cofit 6nerg6ti.que de la course est probablement inf.6rieur, la VO 2 max pr6dite semble surestimer la VO 2 max mesur6e sur tapis roulant (Lacour et aL, 1989).

Par la suite, L6ger & Mercier (1983), reprenant leurs donn6es et cel!es de la litt6rature, ont propos6 une formule simplifi6e de l'estimation de la d6pense 6nerg6tique en course fl pied:

VO 2 (ml.kg- 1.min- 1) = 3,5 V (km.h- 1)

Le cofit 6nerg6tique de la course fl pied d6pend du sexe et de l'fige, probablement en partie fl cause de l 'effet de la taille sur l'6conomie de course. Une adaptation de la cotation du test de L6ger-Boucher en fonction de l'fige chez l 'enfant est actuellement en cours (L6ger, communication personnelle).

Brue et al. (1989), ont adapt6 le protocole initial de L6ger & Boucher (1980) en faisant pr6c6der les sujets d 'un cycliste qui impose la vitesse de course au lieu des signaux 6mis par haut-parleur. Le cycliste r6gule cette vitesse de course en p6dalant

des fr6quences impos6es par des signaux enregis- tr6s sur cassette et 6mis par un magn&ophone qu'il transporte. Cette modification a 6t6 propos6e dans le but de pallier l'absence 6ventuelle de sonorisa- tion suffisamment puissante pour couvrir une piste de 400 m. Cependant, dans notre pratique, ce protocole ne s'est pas montr~ sup&ieur fl celui de L6ger & Boucher dans le cas de l'utilisation d'une bicyclette avec roue libre.

R6cemment, Bolter et Coutts (1987) ont propos6 un test progressif sur tapis roulant off la vitesse est constante (9 miles.h-1), mais la pente augment6e de 1 degr6 r6guli&ement. I1 existe une bonne cor- r61ation entre la dur6e de l'6preuve et VO 2 max. Sa r6alisation en laboratoire est le seul int6r& de ce test qui n6cessite un mat&iel cofiteux, permet de pas-

ser moins de sujets, est probablement moins repro- ductible que les tests sur le terain (le sujet aban- donne pour 6viter la chute sur le tapis roulant) et qui ne permet pas une d6termination de la vitesse maximale a6robie. • Test progressif de course navette (L6ger, 1981 ; L6ger & Gadoury, 1989): 2 lignes parallbles sont trac6es fl 20 m l'une de l'autre. Le test consiste effectuer le plus longtemps possible des allers- retours de 20 m fl vitesse impos6e. La vitesse est impos6e au moyen de signaux sonores enregistr6s sur bande magn&ique et 6mis fl intervalles r6guliers. A chaque signal le sujet dolt se trouver 16g&ement au-delfl de l 'une des lignes parall61es. La vitesse est augment6e toutes les 2 min. La valeur de la VO 2 max pr6dite (ml.kg- 1.min- 1) fl partir de la vitesse de course (V en km.h- i) est donn6e par la formule:

VO 2 max=5,86 V-19 ,46 (r=0,84, n=91)

L'erreur type de l'estimation est sup6rieure ~ celle du test sur piste et vaut 5,4 ml .kg- l .min -1

Une 6preuve de navette avec des paliers d ' l rain a 6t6 propos6e par la suite dans le but de rendre l'6preuve plus supportable par les sujets peu moti- v6s (L6ger et al., 1984; L6ger & Gadoury, 1989). Les tests progressifs en course fl pied pr6sentent 3 int6r&s essentiels par rapport au test de Cooper : 1) le sujet n 'a pas besoin de conna~tre sa vitesse de course optimale car la vitesse est impos6e; 2) l'exercice est probablement psychologiquement mieux support6 car il n'est r6ellement difficile que dans les derni&es minutes pr6c6dant l'6puisement et les sujets les plus faibles ne sont lfich6s qu'fl la fin de l'6preuve; 3) ces 6preuves permettraient de connaTtre la vitesse maximale a6robie (vitesse correspondant g la VO 2 max) qui est suppos6e correspondre fl la vitesse du dernier palier de ces 6preuves. La connaissance de cette vitesse permettrait de mieux orienter l'entraT- nement que la connaissance de la valeur r6elle de la VO 2 max mesur6e en laboratoire. En effet, la pr6diction de la vitesse maximale a6robie fl partir de la VO 2 max n6cessite des hypotheses sur le cofit 6nerg6tique compar6 de la course en laboratoire et sur le terrain.

Conclusions

En th6orie, les 6preuves de mesure directe des puissances maximales a6robie et ana6robie devraient &re les seules utilis6es. Cependant, il n'existe pas de m6thode directe de mesure de la puissance maximale ana&obie. D'autre part, le coot des 6preuves

Evaluation de la puissance maximale a&obie et anadrobie 277

directes et le temps n6cessaire ~t leur passation font que les 6preuves indirectes conservent un int6r& certain. Les tests indirects a6robies et ana6robies par- tagent certaines causes d' impr6cision et parfois d'invalidit6: 1 )une m6connaissance du rapport exact entre la quantit6 de travail r6alis6 et la quan- tit6 d 'ATP d6grad6, c'est-~t-dire le rendement m~canique de l 'exercice; 2) une incertitude sur l ' importance de la participation des m6tabolismes autres que celui qui est suppos6 &re 6tudi6 par le test; 3) une incertitude sur le caract6re maximal de, l'6preuve dans ces tests qui n6cessitent g~n&a!eme,nt une motivation importante. Les tests progressff8 de d6termination de la VO 2 max comme 1~ test de L6ger & Boucher pr6sentent l 'avantage de donner la vitesse maximale a6robie sans qu'il soit n6cessaire d '6mettre une hypoth6se sur le cofit 6nerg6tique de l'exercice.

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Documents

Tests d'évaluation de la puissance maximale des métabolismes aérobie et anaérobie