Appareil cardiovasculaire
Tests d'effort permettent une approche simultanée des systèmes ventilatoire, cardiovasculaire et cellulaire de manière non invasive
Nécessite la mesure de paramètres physiologiques : FC, échanges gazeux, pression sanguine...
Exercice triangulaire (charge croissante)
Exercice rectangulaire (charge constante)
Durée idéale de 8 à 12 minutes
Paliers d'env. 50W, de 1 minute (pour observer les seuils ventilatoires/lactiques) à 3 minutes (pour mesurer des paramètres métaboliques : FC, VO2, VCO2)
1 minute : pas assez de temps pour l'adaptation
3 minutes : effet fatigue pouvant fausser les mesures
Exercice maximal : on considère qu'il y a épuisement quand on a 2 des 4 critères possibles réunis
Epuisement
FC proche de FCmax théorique
QR >= 1
Plateau de VO2 malgré l'augmentation d'intensité
Estimations pré-test
VO2(pic) = (taille - âge) x k
Incrément par palier : [VO2(pic) - VO2(repos)]/100
VO2(repos) = 150 + 6 x poids
mL/min = ... kg
mL/min = (cm - ans)
k = 20 pour les hommes et 14 pour les femmes
W
Un palier est atteint entre 30 secondes et 3-4 minutes (selon intensité)
Les adaptations métaboliques s'observent pour des intensités inférieures au seuil lactique (au-delà, VO2 dérive car il y a intervention des filières anaérobies)
Mesure de VO2 à l'exercice
Méthode de référence : utilisation de l'équation de Fick : VO2 = Q(C) x (CaO2-CvO2)
Inutilisable car extrêmement invasive
Calorimétrie : les variations de chaleur reflètent les variations de consommation d'O2 et de rejet de CO2 (en aérobie uniquement)
Directe
Indirecte
Nutriment + O2 --> CO2 + H2O + ATP + Chaleur
Chambre calorimétrique : rare et coûteuse
Mesure des échanges gazeux
Nombreuses limites
Accessible, précis et non-invasif
Participation des autres voies métaboliques négligée
Participation des acides aminés au cycle de Krebs lorsque l'exercice est prolongé négligée (peut représenter 15% de l'apport énergétique total)
Exercice sous-maximal uniquement
Méthode des sacs de Douglas (référence)
Masque ou embout buccal + pincez-nez
Valve de Rudolph pour inspirer l'air ambiant
Expiration dans un sac de Douglas (généralement un par palier)
V(E)ATPS = [volume recueilli] / [temps de prélèvement]
Conditions spécifiques de l'expérience : ATPS = ambiant temperature pression saturated
Pour comparaison : conversion en V(E)STPD
STPD = standard temperature pression dry --> T = 0°C = 273 °K ; P = 760 mmHG ; P(H2O) = 0 mmHg
V(E)STPD = V(E)ATPS x [273/(273 + T)] x [(P(B) - P(H2O))/760]
V(E) peut aussi s'exprimer en conditions BTPS (body temperature pression saturated : conditions à l'intérieur de l'organisme) --> hors conditions extrêmes, T = 37°C ; P = pression atmosphérique ; P(H2O) = 47 mmHg
Calcul de VO2 en connaissant FE(O2) et FE(CO2) donnés par les analyseurs gazeux : on retranche la quantité d'O2 expirée à la quantité d'O2 inspirée
VO2 = (VI x FI(O2)) - (VE x FE(O2))
Equation de Haldane : N2 entrant = N2 sortant donc VI x FI(N2) = VE x FE(N2) --> VI = [VE x FE(N2)]/FI(N2)
VO2 = {[VE x FE(N2)/FI(N2)] x FI(O2)} - {VE x FE(O2)}
FI(N2) = 1 - FI(O2) - FI(CO2) ( = 1 - 0,2093 - 0,0003)
FE(N2) = 1 - FE(O2) - FE(CO2)
VO2 = {VE x [(1 - FE(O2) - FE(CO2) / (1 - FI(O2) - FI(CO2)] x FI(O2)} - {VE x FE(O2)}
Calcul de VCO2 en retranchant la quantité de CO2 inspirée à la quantité de CO2 rejetée
Suivant le même principe : VCO2 = {VE x FE(CO2)} - {VE x [(1 - FE(O2) - FE(CO2) / (1 - FI(O2) - FI(CO2)] x FI(CO2)
Détermination de la dépense énergétique
Dégradation des glucides : 1 glucose = 36-37 ATP
Dégradation des lipides : calcul sur la base de la β-oxydation d'un acide palmitique, le plus courant dans l'alimentation des cellules --> 1 a. p. = 130 ATP
C6H12O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6 H2O + Energie + Chaleur
100% glucides : QR = 1
C16H32O2 + 23O2 --> 16CO2 + 16H2O + Energie + Chaleur
100 % lipides = QR = 0,7
A l'état stable : QR entre 0,7 et 1
Pour des intensités élevées, on utilise de plus en plus de glucides : QR se rapproche de 1, et peut même dépasser cette valeur du fait de l'hyperventilation
QR permet de connaître l'équivalent énergétique de l'oxygène (EEO2 : énergie produite par la consommation d'une quantité d'O2)
EEO2 = {(21,3 x (QR-0,7) x 3,33) + (19,6 x (1-QR) x 3,33)} x 1000
J
Valeurs admises
EEO2 pour 1L d'O2 en consommant 100% de glucides = 5,05 kcal
EEO2 pour 1L d'O2 en consommant 100% de lipides = 4,7 kcal
EEO2 pour 1 L d'O2 en moyenne = 4,825 kcal
Calcul de la dépense énergétique : DE = VO2 x 4,825
VO2 = volume ici, pas débit !
DE glucidique = VO2 x 5,05 x Gl
DE lipidique = VO2 x 4,7 x Lip
kcal
Calcul de Gl et de Lip
1 mole de glucose (= 180 g) consomme 6 moles d'O2 et rejette 6 moles de CO2
1 mole d'a. palmitique (= 861 g) consomme 78 moles d'O2 et rejette 55 moles de CO2
Volume molaire de l'O2 et du CO2 = 22,4 L/mol
6 x 22,4 = 134,4 L d'O2 consommé et de CO2 rejeté
78 x 22,4 = 1742,2 L d'O2 consommé ; 55 x 22,4 = 1232 L de CO2 rejeté
1g de glucose --> 134,4/180 = 0,746 L d'O2 consommé et de CO2 rejeté
1g d'acide palmitique --> 1742,2/861 = 2,03 L d'O2 consommé ; 1232/861 = 1,43 L de CO2 rejeté
VO2 = 0,746 x Gl + 2,03 x Lip
VCO2 = 0,746 x GL + 1,43 x Lip
On obtient (valeurs en g)
Gl = 4,55 x VCO2 - 3,21 x VO2
Lip = 1,67 x VO2 - 1,67 x VCO2
Méthode breathe-to-breathe
Expiration dans un masque contenant des sondes d'analyse des gaz, et un pneumotachographe pour mesurer les débits instantanés
Connaissance simultanée des concentrations, volumes et débits en fonction du temps
Méthode relativement bonne et reproductible, mais...
Coordination parfaite entre phase de respiration et prélèvements gazeux nécessaire
Matériel fragile
Bonne calibration nécessaire (risque de dérive au cours du temps)
Erreur difficile à maîtriser pouvant être importante (mesures faussées de QR et de V(E))
Exemple : K4b2 de Cosmed : matériel portable validé plusieurs fois