VO2 Max et PMA

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La fréquence cardiaque et l'intensité de l'exercice aérobie sont liées. Quand l'effort augmente, la fréquence cardiaque suit le même mouvement. Les deux vont de pair, des intensités les plus faibles jusqu'au niveau maximum aérobie.

Dans un exercice progressivement accéléré toutes les intensités de l'aérobie sont sollicitées. Cela commence au niveau du repos actif et progresse par paliers jusqu'au niveau maxi­mal aérobie. La valorisation de cet effort ultime en terme de puissance développée (watts), lorsque l'on est au maximum, s'appelle la Puissance Maximale Aérobie (PMA) et correspond à la consommation maximale d'oxygène. Les deux appella­tions VO2 max et PMA, couramment employées, recouvrent la même notion.

La mesure

Il existe même une relation linéaire entre la VO2 max et la PMA (formule de HAW-LEY) :
VO2 max = 0,01141 x PMA + 0,435

VO2 max
en i/min
PMA en w

La puissance maximale aérobie (PMA) n'est pas la puissance maximale qui peut être développée ; en effet, lors d'un sprint par exemple, la puissance développée est nette­ment supérieure à la PMA... mais nous ne sommes plus dans la filière aérobie.

La consommation maximale d'oxygène, dont l'abréviation est VO2 max, est la quan­tité d'oxygène en litre par minute qu'une personne est capable d'utiliser au maxi­mum de l'effort. Notez qu'il est d'usage de dire "la" VO2 max et non "le" VO2 max comme pourrait le laisser supposer le "V", première lettre de "volume".
Au sein de chaque cellule musculaire existent de petites formations, les mitochondries, dont le rôle est de transformer l'énergie dérivée des aliments en énergie mécanique. Il s'agit de véritables petites usines chimiques qui utilisent l'oxygène pour fonctionner. La capacité du muscle à consommer l'oxygène est liée au nom­bre de mitochondries présentes ; il s'agit du facteur limitant.

Ainsi, le sportif qui possède beaucoup de mitochondries est capable de faire travail­ler ses muscles à haut régime et pour cela il consomme beaucoup d'oxygène. Des études scientifiques ont montré que les sportifs qui consomment le plus d'oxygène à l'effort maximum sont les plus performants dans les sports d'endurance comme le cyclisme, mais aussi le ski de fond ou le marathon.

Toutes proportions gardées, cette consommation maximale d'oxygène peut être comparée à la consommation d'essence d'un véhicule : une petite voiture, petite cylindrée, qui ne consomme pas beaucoup ne va pas très vite alors qu'une grosse voiture qui consomme plus roule plus vite. Ainsi, le sportif qui peut consommer beaucoup d'oxygène est probablement performant, alors que, à l'inverse, celui qui consomme moins d'oxygène et possède une VO2 max basse, est limité. On peut dire sans se tromper que la VO2 max mesure la "cylindrée" d'une personne.

Quantité maximale d'oxygène

Pendant l'effort, la limite ne se situe jamais dans l'apport d'oxygène depuis l'air ambiant jusqu'aux muscles mais au niveau des capacités d'utilisation de cet oxy­gène par les cellules musculaires qui travaillent avec la saturation des mitochon-dries. La quantité maximale d'oxygène qui peut être apportée à l'organisme dépend :

  • de l'absorption de l'oxygène au niveau des poumons (rôle des alvéoles pulmo­naires) ;
  • de la capacité de transport du sang (rôle de l'hémoglobine) ;
  • de son utilisation dans les muscles (rôle des mitochondries) ;
  • du nombre de fibres rouges dans les muscles sollicités.
VO2 max est déterminée génétiquement ; il est impossible de faire un champion de chaque individu. Cependant, chacun peut progresser grâce à un bon entraîne­ment. Les possibilités d'amélioration sont estimées à environ dix à quinze pour cent par rapport au niveau de base. Inversement, un arrêt total peut aussi faire baisser ce chiffre de quelques quinze pour cent par rapport au niveau atteint.

En simplifiant, on peut dire qu'il existe une VO2 max de base qui définit la "cylindrée" du spor­tif et des possibilités de progression ; un "bon réglage" permet de consommer d'avantage d'oxygène et de mieux utiliser l'énergie produite. Ainsi, un sujet bien entraîné peut faire un effort beaucoup plus important pour une même consomma­tion d'oxygène.

La VO2 max est mesurée en litres par minute mais, parce qu'un sujet mesurant 1,80 m et pesant 95 kg consomme, on s'en doute, plus d'oxygène qu'un sportif de 1,65 m et 57 kg, ce chiffre absolu a été ramené à l'unité de poids. On divise le nombre de litres par minute par le poids du sujet, ce qui donne des valeurs en millilitres par minute et par kilo. De cette façon, on obtient des chiffres comparables : par exemple, une VO2 max de 4,2 litres par minute chez un sujet de 62 kilos donne, ramenée au kilo, 67,7 millilitres/minute/kilo (4 200 divisé par 62). Pour la différencier de la VO2 max, on appelle cette dernière valeur VO2 max relative, la précédente étant aussi appe­lée VO2 max absolue.

La VO2 max se mesure de deux façons : directement et indirectement. Dans la mesure directe, le volume d'oxygène est évalué au moyen d'un analyseur de gaz tandis que le coureur pédale sur une bicyclette ergométrique ou sur son propre vélo. Pendant toute l'épreuve, il respire dans un masque ou un embout qui permet de mesurer les volumes d'air ventilés et d'analyser la composition (oxygène et gaz carbonique) de l'air inspiré et expiré. Ce test doit être pratiqué par une équipe spé­cialisée et suffisamment équipée.

Estimation de la consommation maximale d'oxygène

Il est possible d'estimer la consommation maximale d'oxygène à partir de la fréquence cardiaque pour un effort calibré. Il ne s'agit, dans ce cas, que d'une estima­tion mais, si celle-ci est toujours reproduite dans les mêmes conditions, les chiffres sont bien entendu comparables. Ce test se pratique sur une bicyclette ergométrique alors que le sujet pédale à des puissances croissantes par paliers de trois minutes, jusqu'à atteindre une fréquence cardiaque stabilisée entre 145 et 160 pulsations.

Le nomogramme d'Astrand permet alors de lire, à partir de la fréquence car­diaque et de la puissance de l'exercice, la valeur estimée de la VO2 max. Cette méthode comporte une marge d'erreur de 10 à 15 % mais présente l'avantage d'être rapide, facilement réalisable et de ne pas nécessiter de matériel lourd.

Les niveaux de VO2 max spécifiques définis par Astrand sont les suivants :

  • de 30 à 40 ml/min/kg : niveau moyen
  • de 40 à 50 ml/min/kg : niveau départemental
  • de 50 à 60 ml/min/kg : niveau régional
  • de 60 à 70 ml/min/kg : niveau national
  • de 70 à 80 mi/min/kg : niveau international
  • au-dessus de 80 ml/min/kg : athlète d'exception (Bernard Hinault avait par exemple une VO2 max mesurée à 90 ml/min/kg)

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