2003
STAPS
Rapport de recherche
Dépense énergétique et rendement au cours de la répétition de
sprints sur bicyclette ergométrique : effet de la vitesse de pédalage
Sylvain Dorel1,2
[*]
Christophe Hautier2
Emmanuel Van Praagh2
Muriel Bourdin1
Jean-René Lacour1
1. Laboratoire de Physiologie de l’Exercice - GIP E2S,
Faculté de Médecine Lyon-Sud, BP 12, 69921 Oullins cedex
2. Laboratoire de Biologie des Activités Physiques et
Sportives, UFR STAPS Faculté de Médecine, Université Blaise-Pascal - Université
d’Auvergne, BP 104 63172 Aubière cedex.
Lors d’un l’exercice de sprint, considéré comme la sollicitation
maximale au niveau métabolique, il est largement démontré que la vitesse de
pédalage joue un rôle sur la puissance et le travail fournis. Ce travail
propose d’étudier comment, au cours d’un exercice intermittent de type
supra-maximal, la fréquence de pédalage peut influencer simultanément la
réponse physiologique, en intervenant sur le débit d’énergie métabolique, et/ou
le rendement de la contraction musculaire. Dans cette perspective, 9 cyclistes
ont réalisé 2 séries de 12 sprints de 5-s à vitesse constante entrecoupés de
45-s de récupération passive : une série réalisée à vitesse optimale (Vopt,
vitesse à laquelle est atteinte la puissance maximale) et l’autre à 50 % de
celle-ci (½Vopt), selon un ordre aléatoire à 48 heures d’intervalle. Le niveau
d’activation du principal muscle agoniste (vastus lateralis) et la perception
de l’effort (échelle de Borg) ne varient pas significativement entre les 2
situations. Après la phase d’adaptation cardio-respiratoire, les valeurs
moyennes du 7e au 12e sprint de puissance produite, de
consommation d’oxygène et d’accumulation de lactate sanguin sont
significativement plus élevées à Vopt (944,5 ± 123 W ; 2,55 ± 0,29
l.min-1 ; 3 mmol.l-1) qu’à ½Vopt (702 ± 88 W ; 2,18 ± 0,28
l.min-1 ; 0,8mmol.l-1). Il semblerait que les conditions
mécaniques de contraction du muscle, et notamment la vitesse, agissent
préférentiellement sur le débit métabolique plutôt que sur le rendement lors de
l’exercice supra-maximal intermittent.
Mots-clés :
exercice supra-maximal intermittent, travail mécanique, consommation d’oxygène, lactate, EMG..
During an all-out exercise, where the metabolic demand is
considered as maximal, it has been demonstrated that cycling velocity
influences largely mechanical power and work. This paper intends to show how
during an all-out intermittent exercise, pedalling rate simultaneously
influences the physiological response by modifying the metabolic power and/or
the efficiency of the muscular contraction. Nine cyclists performed 2 series of
12 repeated 5-s sprints at a constant velocity interspersed by 45-s resting
recovery : one series was performed at optimal velocity (Vopt, velocity at
which maximal power is produced) and the second one at 50 % of Vopt (½Vopt), in
a randomly selected order and separated by 48 hours. Activation level of the
primary agonist muscle (vastus lateralis) and the rate of perceived exertion
(Borg’s scale) were similar during both conditions. Consecutively the
cardiorespiratory adaptation period, mean values between the 7th
and 12th sprint of power
output, oxygen consumption and blood lactate accumulation were significantly
higher at Vopt (944,5 ± 123 W ; 2,55 ± 0,29 l.min-1 ; 3 mmol.l-1) than at ½Vopt (702 ± 88 W ; 2,18 ±
0,28 l.min-1 ;
0,8mmol.l-1). The mechanical
conditions of muscle contraction, notably contraction velocity, seem to act
preferentially on metabolic power rather than on efficiency during
supra-maximal intermittent exercise.
Keywords :
supra-maximal intermittent exercise, work, oxygen consumption, lactate, EMG..
Es ist nachgewiesen, dass während einer Sprintübung, die höchste
Anforderungen an den Metabolismus stellt, die Tretgeschwindigkeit eine Rolle
hinsichtlich der Leistung und Arbeit spielt. Diese Arbeit untersucht, wie
während einer supramaximalen Intervallübung die Trittfrequenz auch
physiologische Reaktionen beeinflussen kann, indem sie auf metabolische
Energieprozesse und/oder den Wirkungsgrad der Muskulatur einwirkt. Auf diesem
Hintergrund haben 9 Radfahrer 2 Serien von 12 Fünfsekundensprints bei
konstanter Geschwindigkeit, mit 45 Sekunden dauernden passiven Pausen
absolviert: eine Serie mit optimaler (Vopt, Geschwindigkeit bei der die
maximale Leistung erreicht wird) und eine andere mit 50% Geschwindigkeit (1/2
Vopt), in zufälliger Reihenfolge, nach einer Unterbrechung von 48 Stunden. Das
Aktivationsniveau der agonistischen Hauptmuskeln (vastus lateralis) und die
Anstrengung auf der Borgskala unter beiden Bedingungen unterscheiden sich nicht
überzufällig. Nach der kardio-respiratorischen Anpassungsphase sind die
Mittelwerte des 7. und 12. Sprints hinsichtlich der Leistung, des
Sauerstoffverbrauchs und des Blutlaktats signifikant höher bei Vopt (944,5 ±
123 W; 2,55 ± 0,29 l.min-1 ; 3
mmol.l-1) als bei ?Vopt (702 ±
88 W; 2,18 ± 0,28 l.min-1;
0,8mmol.l-1). Es scheint, dass
sich bei supramaximalen Intervallübungen die mechanischen Bedingungen der
Muskelkontraktion, und vor allem die Geschwindigkeit, eher auf metabolische
Prozesse als auf den Wirkungsgrad auswirken.
Schlagwörter :
supramaximale Intervallübung, mechanische Arbeit, Sauerstoffverbrauch, Laktat, EMG..
Durante un esercizio di sprint, considerato come la
sollecitazione massimale a livello metabolico, è ampiamente dimostrato che la
velocità di pedalata gioca un ruolo sulla potenza e sul lavoro fornito. Questo
lavoro propone di studiare come, durante un esercizio intermittente di tipo
sovramassimale, la frequenza di pedalata può influenzare simultaneamente la
risposta fisiologica intervenendo sul debito di energia metabolica, e/o il
rendimento della contrazione muscolare. In questa prospettiva, 9 ciclisti hanno
realizzato due serie di 12 sprint di 5 secondi a velocità costante intervallati
da 45 secondi di recupero passivo : una serie realizzata a velocità ottimale
(Vopt, velocità alla quale è raggiunta la potenza massimale) e l’altra al 50 %
di quest’ultima (½Vopt), secondo un ordine aleatorio di 48 ore d’intervallo. Il
livello d’attivazione del principale muscolo agonista (vastus lateralis) e la
percezione dello sforzo (scala di Borg) non variano significativamente tra le
due situazioni. Dopo la fase di adattamento cardio-respiratorio, i valori medi
dal 7Ëš e al 12Ëš sprint di potenza prodotta, di consumo d’ossigeno e d’accumulo
di lattato sanguigno sono significativamente più elevati al Vopt (944,5 ± 123 W
; 2,55 ± 0,29 l.min-1 ; 3
mmol.l-1) che a ½Vopt (702 ±
88 W ; 2,18 ± 0,28 l.min-1 ;
0,8 mmol.l-1). Sembrerebbe che
le condizioni meccaniche di contrazione del muscolo, ed in particolare la
velocità, agiscano preferenzialmente sul debito metabolico piuttosto che sul
rendimento durante l’esercizio sovramassimale intermittente.
Parole chiave :
consumo d’ossigeno, EMG, esercizio sovramassimale intermittente, lattato, lavoro meccanico..
En un ejercicio de velocidad se considera como esfuerzo maximal a
nivel metabólico, está claramente demostrado que la velocidad de pedaleo tiene
un rol sobre la potencia y el trabajo realizado. Este trabajo se propone
estudiar como la realización de un ejercicio intermitente de tipo
supra-maximal, en la frecuencia de pedaleo puede influir simultáneamente la
respuesta fisiológica interviniendo sobre el volumen de energía metabólica, y/o
en el rendimiento de la contracción muscular, en esta perspectiva 9 ciclistas
realizaron 2 series de 12 piques de 5s de velocidad constante con 45s de
recuperación pasiva : una serie realizada a velocidad óptima (Vopt, velocidad
en la cual se espera una potencia maximal) y la otra a un 50 % (1/2 Vopt) según
el orden aleatorio de 48 horas de intervalos. El nivel de activación del
músculo principal agonista y la percepción del esfuerzo no varían
significativamente entre las 2 situaciones. Después de la fase de adaptación
cardio respiratoria, los valores medios del 7Ëš al 12Ëš pique de potencia produce
consumo de oxigeno y acumulación de lactato sanguineo son significativamente
más elevados al Vopt (944,5+/- 123 W ; 2,55+/-0,29 1.mim-1 ; 3mmol.1-1) que a
½Vopt (702+/-88W2,18+/-0,28 1.mim-1 ;
0,8mmol.1-1). Parece que las condiciones de contracción mecánicas del músculo y
la velocidad trata principalmente sobre la deuda metabólica más que el
rendimiento del ejercicio supra maximal intermitente.
Palabras claves :
ejercicio supra maximal intermitente, trabajo mecánico, consumo de oxigeno, lactato, E.M.G..
1.1. La problématique : vitesse, travail mécanique et dépense
énergétique au cours de l’exercice supra-maximal
Lors de la réalisation d’un exercice physique, le débit de
fourniture d’énergie par les voies métaboliques varie en fonction de
l’intensité de l’exercice. Au cours de l’exercice bref et intense, pour lequel
l’intensité et donc la sollicitation sont considérées comme maximales, la
dimension métabolique des phénomènes mis en jeu est connue depuis longtemps
(Åstrand & Rodahl, 1986) : la resynthèse d’ATP est assurée majoritairement
par l’utilisation des réserves de phosphocréatine (PCr) et la glycolyse
anaérobie (Hirvonen, Rehunen, Rusko & Härkönen, 1987). La difficulté
majeure qui réside dans la quantification de l’énergie produite par le
métabolisme anaérobie (Bangsbo, 1998), a incité de nombreux auteurs à évaluer
ce paramètre de façon indirecte à partir de la mesure de la puissance mécanique
maximale développée. Ceci soit au cours d’un mouvement mono-articulaire type
extension de la jambe (Rahmani, Belli, Kostka, Dalleau, Bonnefoy & Lacour,
1999), soit d’un mouvement pluri-articulaire type squat (Rahmani, Dalleau,
Viale, Hautier & Lacour, 2000) ou encore plus anciennement au cours d’un
mouvement de pédalage ou de course (Arsac, 1995). Depuis l’étude de Lakomy
(1986), la bicyclette s’impose comme l’un des ergomètres les plus adaptés à
l’évaluation de la puissance maximale anaérobie (Martin, Wagner & Coyle,
1997 ; Seck, Vandewalle, Decrops & Monod, 1995). D’un point de vue
mécanique, au cours d’un exercice impliquant une activation nerveuse maximale,
ce sont les caractéristiques des muscles effecteurs qui déterminent
l’expression de cette activation en termes de force et de vitesse de
contraction, c’est à dire de puissance développée. Ainsi, sur bicyclette
ergomètrique, de nombreuses études (McCartney, Obminski & Heigenhauser,
1985 ; Sargeant, Hoinville & Young, 1981 ; Seck
et al., 1995) ont montré que la force
développée évolue en fonction de la vitesse et que la puissance maximale (Pmax)
ne peut être produite qu’à une vitesse optimale de pédalage (Vopt) et une force
optimale (FVopt).
Sur bicyclette isocinétique, l’étude de Jones, McCartney,
Graham, Spriet, Kowalchuk, Heigenhauser & Sutton (1985) a montré qu’au
cours des dix premières secondes d’un exercice maximal de 30-s, la puissance
maximale (Pmax) et le travail (Wext) développés sont nettement
supérieurs pour une vitesse de pédalage de 140 rév.min-1, par rapport à 60 rév.min-1. Plus récemment, sur bicyclette à
courroie de friction Linossier, Dormois, Fouquet, Geyssant & Denis (1996)
et Arsac (1995) ont montré que la force de friction appliquée sur le volant
d’inertie exerce une influence sur la vitesse de pédalage et donc sur la
quantité totale de travail mesurée pendant un sprint de 5-7 secondes. Au regard
de ces résultats, il apparaît que la puissance et le travail total fourni au
cours d’un exercice « all-out » (exercice supra-maximal réalisé au maximum de
ses possibilités) dépendent directement de la vitesse et qu’ils sont d’autant
plus grands que le sujet évolue dans des conditions mécaniques proches des
conditions optimales, c’est à dire une vitesse et une force respectivement
proche de Vopt et FVopt.
A partir de ce constat, une interrogation demeure quant à
l’influence de ces paramètres mécaniques sur la sollicitation métabolique
induite par ce type d’exercice. En d’autres termes, on peut se demander si les
variations de la puissance et du travail fournis sont directement liées au
débit de la conversion de l’énergie chimique en énergie mécanique ou sont
également associées à des variations du rendement de cette transformation.
Jusqu’à présent, les études ne se sont pas adressées à l’individu en entier.
C’est pourquoi, le but de la présente étude est de confirmer l’effet de la
vitesse de pédalage sur le travail fourni et d’évaluer l’influence de celle-ci
sur la réponse physiologique et/ou le rendement mécanique lors de l’exercice
bref et intense.
1.2. Le rendement à l’exercice
Le rendement du mouvement global établi le rapport entre la
production d’énergie mécanique et la dépense énergétique liée à celle-ci. Le
problème est d’être capable de mesurer le numérateur comme le dénominateur. A
l’état stable d’un exercice sous-maximal, l’apport énergétique étant assuré
uniquement par les voies oxydatives, les litres d’oxygène consommés
(VO2) peuvent être exprimés en joules métaboliques en
utilisant un équivalent énergétique établi à partir du quotient respiratoire
(QR=VCO2/VO2). Ainsi, plusieurs méthodes de
calcul, plus ou moins précises, on été proposées ces trente dernières années.
Le rendement brut (GE : « gross efficiency ») consiste à effectuer le rapport
direct entre Wext et VO2. Le rendement net
(NE : « net efficiency ») et le rendement de travail (WE : « Work efficiency »)
prennent en compte en plus le métabolisme de repos (VO2repos)
pour l’un et le travail interne métabolique (VO2int) pour
l’autre, défini comme la quantité d’énergie dépensée au cours de l’exercice
pour mettre en mouvement les segments sans production de travail externe, plus
l’énergie dépensée par le métabolisme de repos (Gaesser & Brooks, 1975).
Enfin, le delta rendement (∆E : « Delta efficiency ») établi le rapport entre
des différences de consommation d’oxygène (∆VO2) et de travail
externe (∆Wext) mesurées entre deux exercices réalisés à deux
intensités d’effort (Stainsby, Gladden, Barclay & Wilson, 1980). Même si
elle semble refléter au mieux le rendement musculaire, cette méthode n’est
adaptable qu’aux efforts où la puissance varie et repose donc sur le postulat
que le rendement ne varie pas en fonction de cette dernière. Ci-dessous les
formules permettant de calculer les différentes valeurs de rendement :
Notons que dans bon nombre de cas recensés dans la
littérature, les calculs font intervenir des débits de production d’énergie
mécanique et métabolique (exprimés en Watt) plutôt que des quantités d’énergie
(exprimées en Joule). Les calculs sont les mêmes en utilisant la puissance
mécanique externe (Pext, en W) au lieu de
Wext et le débit de consommation d’oxygène
(VO2 en W) au lieu de VO2.
1.3. Cas du rendement à l’exercice supra-maximal
Ce type d’exercice étant associé à des productions de
puissances supérieures à celles qui peuvent être couvertes par les processus
aérobies, le calcul du rendement est sujet à beaucoup plus d’incertitudes.
L’interprétation des résultats des quelques études recensées dans la
littérature concernant l’exercice anaérobie est fonction de nombreux facteurs,
notamment l’angle d’approche de l’activité musculaire (muscle ou extenseur
isolé versus mouvement global), la méthode de mesure de la dépense énergétique,
le mode de calcul du rendement, et la durée et l’intensité de l’exercice (6 s à
3 min.). Dans la littérature les valeurs de rendement (GE) calculées à
l’exercice supra-maximal sur bicy- clette sont comprises entre 14 et 34 %
(Bangsbo, 1996). La dépense énergétique étant mesurée par biopsie et exprimée
en mmolATP.kg-1, la
variabilité des résultats s’explique essentiellement par l’incertitude quant à
la masse des muscles réellement mis en jeu. Les différentes études de Bangsbo
sur l’extenseur isolé ont permis de résoudre en partie ces difficultés et
proposent des valeurs de rendement mécanique de 22 à 26 %.
Concernant l’influence de la vitesse, lors de la répétition
de 40 contractions tétaniques effectuée à trois vitesses de contraction sur le
muscle extensor digitorum longus de rat, Lodder, de Haan & Sargeant (1991)
ont observé un rendement supérieur (+27%) pour une vitesse correspondant à Vopt
(50 mm.s-1) par rapport à des
vitesses inférieures et supérieures (25 et 75 mm.s-1). Pour ces auteurs, ces résultats
confirmeraient l’hypothèse de l’existence d’une relation rendement-vitesse du
même type que la relation puissance-vitesse (Kushmerick, 1969 cité par Lodder
et al., 1991). Au cours d’un mouvement
de pédalage, Jones et al. (1985) ont
montré que le travail total et la dépense énergétique mesurées lors d’un
exercice supra-maximal de 30 secondes sont les mêmes qu’ils soient réalisés à
vitesse élevée (140 rév.min-1)
ou à vitesse faible (60 rév.min-1). Ceci suggère que le rendement est
indépendant de la vitesse de contraction lors de ce type d’exercice sans pour
autant montrer qu’il demeure stable du début à la fin de cette période.
Finalement, dans le cas de l’exercice bref et intense, on pourrait être tenté
d’interpréter des différences dans la production de travail en se référant à
des différences de rendement musculaire. A notre connaissance, aucune étude
portant sur l’influence de la vitesse de contraction sur le rendement mécanique
au cours de l’exercice supra-maximal de courte durée n’a été réalisée.
1.4. Exercice intermittent et but de l’étude
Afin de contourner, en partie, ces difficultés concernant
l’exercice supra-maximal, nous avons choisi de nous intéresser au modèle des
sprints répétés. Au cours de ce type d’exercice, les périodes de travail (5-6
s) permettent de solliciter simultanément dès le début de l’exercice les
réserves locales d’O2, la phosphocréatine (PCr) ainsi que la
glycolyse anaérobie de façon prépondérante (Bogdanis, Nevill, Lakomy &
Boobis, 1998). Des périodes de récupération suffisantes permettent, via le
métabolisme aérobie, de resynthétiser en grande partie la PCr, de reconstituer
les réserves locales d’O2, tandis que le lactate produit est
majoritairement oxydé. Ainsi, la consommation cumulée en O2
semble être un témoin fiable de la quantité d’énergie métabolique dépensée à
condition que l’accumulation de lactate sanguin reste négligeable au cours de
l’exercice intermittent (di Prampero & Ferretti, 1999). A ce sujet, dans
une pré-expérimentation réalisée au sein du laboratoire, Arsac (1995) a montré
que 10 sprints de 5-s entrecoupés de 45-s de récupération passive n’entraînent
ni fatigue ni accumulation significative de lactate sanguin. Par conséquent,
nous proposons d’étudier l’évolution des paramètres mécaniques et métaboliques
au cours de 2 séries de 12 sprints réalisés sur bicyclette ergométrique
(5-s/45-s) à 2 vitesses de pédalage différentes correspondants respectivement à
Vopt et ½Vopt. VO2 étant proportionnelle au débit de
renouvellement de l’ATP, le but de l’étude est d’analyser dans quelle mesure,
au cours de cet exercice « all-out » intermittent, celui-ci est affecté ou non
par la variation de la vitesse de pédalage au même titre que la production de
puissance. Ceci nous permettra alors de confirmer ou infirmer l’hypothèse selon
laquelle les contraintes mécaniques influencent directement la demande
métaboliques plutôt que le rendement au cours de l’exercice explosif
répété.
2. Démarche méthodologique
2.1. Population et matériels
Neuf cyclistes de niveau régional, entraînés à l’exercice
intense sur bicyclette, ont participé à l’étude (Tableau 1). Les différents
exercices, détaillés ultérieurement, ont tous été réalisés sur bicyclette
ergométrique. La production mécanique est calculée à partir des données de
force et de vitesse mesurées sur la bicyclette. La dépense énergétique est
évaluée par la mesure de la consommation totale d’oxygène et l’accumulation de
lactate sanguin au cours de chaque série. Enfin, le niveau d’activation d’un
des principaux muscles sollicités est évalué grâce à l’enregistrement du signal
EMG de surface.
Caractéristiques anthropométriques et condition physique du
groupe de cyclistes étudié
Sujets (n=9) Age (ans) Taille (cm) Masse (kg) %MG (%)
Vol. total memb. Inf. (1) V.CO2max (ml.min-1.kg-1) Pmax (W) (km/an) Pratique
cycliste Moyenne 25,7 177,6 67,7 9,5 8,6 68,2 964 10591 SD 4,8 6,6 5,8 1,8 0,9
6,6 134 1882
2.1.1. La bicyclette ergométrique
Il s’agit d’un cycloergométre de type Monark 818E à
courroie de friction et volant d’inertie (22,5 kg). Il est équipé d’une jauge
de contrainte (Interface MFG type, Scottsdale, AZ, USA), fixée au montant de la
bicyclette, d’une part, et reliée à la poulie d’autre part, par une courroie
non élastique qui permet de mesurer la force de friction. Un codeur numérique à
incrément (Hengstler type RIS IP50, 100pts/tour, Aldingen, Allemagne), fixé sur
une roulette entraînée à la périphérie du volant d’inertie, permet de mesurer
le déplacement de celui-ci. Ce cycloergomètre est également muni d’un bras de
levier permettant, lorsqu’on y suspend des masses, de mettre en tension la
courroie. Ce système est utilisé lors des séries de sprints afin d’appliquer et
de retirer une force de friction donnée de façon ponctuelle ; les conditions
d’utilisation au cours des sprints seront détaillées ultérieurement.
La vitesse et l’accélération sont calculées par dérivation
simple et double du signal de déplacement donné par le codeur numérique. La
force totale est obtenue par la somme de la force de friction mesurée par la
jauge de contrainte et la force qui produit l’accélération du volant. Celle-ci
est déterminée suivant la procédure de Lakomy (1986). La puissance instantanée
est obtenue par le produit des forces et des vitesses instantanées. Toutes ces
mesures sont ensuite moyennées sur une période correspondant à une action
complète de la jambe c’est à dire un demi-tour de pédalier.
2.1.2. Les variables physiologiques
La mesure de la consommation d’oxygène est réalisée à
partir du gaz expiré qui est collecté par l’intermédiaire d’une valve Hans
Rudolph 2700 puis stocké soit directement dans le spiromètre de Tissot qui en
mesure le volume (VE), soit dans des sacs de Douglas (de 100
litres) dont le contenu pourra être analysé à posteriori. Les fractions
d’O2 et de CO2 sont données respectivement
par les analyseurs de type S3A/I Ametek et D-Fend Datex. Ces analyseurs sont
calibrés à partir de solutions gazeuses dont la composition est déterminée par
la méthode Scholander.
L’évaluation de la concentration sanguine de lactate
([La]s) est obtenue à partir de micro-prélèvements au niveau
de l’index. Ces échantillons sont immédiatement dilués dans une solution
hémolysante et stockés à 4 °C. Les mesures sont effectuées dans les 10 jours
par l’analyseur de type Y.S.I 2300. L’électrocardiogramme permet d’enregistrer
l’évolution de la fréquence cardiaque.
2.1.3. L’électromyographie
L’activité électromyographique du muscle vastus latéralis
(VL) est enregistrée à partir de capteurs de surface (Biochip, Elmatek S. A.,
Crolles, France) disposés sur le membre inférieur au regard de la partie la
plus saillante du corps musculaire, à mi-distance entre l’espace interosseux du
genou et le bord inférieur du grand trochanter (Gregoire, Veeger, Huijing &
van Ingen Schenau, 1984). Chacun contient deux électrodes au chlorure d’argent
(Ag-AgCl) séparées de 12 mm, un amplificateur intégré (gain 600 ± 1,3 %) et un
filtre électronique (6-600 Hz). La fixation sur la peau rasée et dégraissée à
l’alcool est assurée d’une part par un adhésif double face et d’autre part, par
une large bande d’adhésif médical qui recouvre le capteur et le câble
électrique. Un gel électrolyte (Electrode Electrolyte, Teca Corporation,
Pleasantville, NY, USA) est utilisé pour assurer un meilleur contact électrique
entre le derme et l’électrode.
La valeur efficace rms (« root mean square ») des signaux
EMG amplifiés est calculée par un circuit électronique de conversion « true
rms-to-dc » (Analog Device type 536AJ, Norwood, USA). La constante de temps de
la fenêtre de moyennage est fixée à 25 ms soit une fréquence de coupure du
signal EMGrms de 40 Hz. L’électrode EMG est connectée à une carte d’acquisition
(Keithley Metrebyte, type DAS16, Taunton, MA, USA), comportant un convertisseur
analogique-digital 12 bit. La fréquence d’échantillonnage est fixée à 200
Hz.
2.2. Protocole expérimental
2.2.1. Anthropométrie – Test Force-Vitesse – V.O2max (séance
1)
La taille, la masse corporelle, le pourcentage de masse
grasse et le volume des membres inférieurs de chaque sujet a été mesurée. La
masse grasse est calculée à partir de la méthode des quatre plis cutanés de
Durnin & Rahaman (1967) à l’aide d’une pince spécifique. Le volume des
membres inférieurs est calculé à partir de la méthode des six cônes tronqués de
Jones & Pearson (1969).
Chaque sujet réalise ensuite 3 sprints sur cycloergomètre
avec des forces de friction respectivement égales à 0,25 0,50 et 0,75
N.kg-1 afin de construire les
relations force-vitesse (linéaire) et puissance-vitesse (polynomiale d’ordre 2,
Hautier, Belli & Lacour, 1998 ; Hintzy, Belli, Grappe & Rouillon,
1999). Les équations caractérisant ces relations nous permettent de déterminer
Pmax, Vopt et ½Vopt ainsi que les valeurs maximales de force correspondantes
FVopt et F1/2Vopt représentant les valeurs de
force de friction utilisées ensuite lors des séries de sprints (Figure
1).
Figure 1
Exemple type de relation linéaire force-vitesse et de
relation polynomiale puissance-vitesse permettant la détermination de la
puissance maximale (Pmax), la vitesse optimale (Vopt), la moitié de cette
vitesse (½Vopt) et les forces maximales respectives correspondantes :
FVopt et F1/2Vopt.
La consommation maximale d’oxygène
(VO2max) est mesurée à l’aide d’une épreuve triangulaire
classique sur cycloergomètre réalisée à 70 rév.min-1 dont l’incrément est fixé à 35 W par
palier de 3 minutes. Le test prend fin lorsque les critères d’atteinte de
VO2max sont remplis : une fréquence cardiaque proche de sa
valeur maximale, [La]s supérieur à 8mmol.l-1, un QR supérieur à 1,1 et un
épuisement apparent. La puissance correspondant à l’atteinte de
VO2max est la puissance maximale aérobie (PMA).
2.2.2. Exercice sous-maximal et série de sprints (séance 2-3)
Chaque sujet effectue un exercice sous-maximal puis une
série de sprints à vitesse de pédalage donnée, différente pour chacune des deux
séances (Vopt et ½Vopt). Le sujet réalise une série de quatre paliers de 4
minutes, à des puissances correspondant à 30, 40, 50 et 60 % de PMA à la
vitesse de pédalage donnée. La construction de la relation linéaire
VO2 - Puissance mécanique, et notamment l’ordonnée à l’origine
de celle-ci, permet d’avoir une estimation graphique de la puissance interne
métabolique pour chacune des deux vitesses de pédalage
(VO2int, Francescato, Girardis & di Prampero, 1995) afin
de la prendre en compte dans le calcul du rendement lors des séries de
sprints.
Après une pause de 30 minutes, le sujet réalise une série
de douze sprints « lancés » de 5-s sur bicyclette ergométrique entrecoupés de
45-s de récupération passive. Le volant (la roue) est d’abord mis en route au
début de chaque série par le sujet afin que celui-ci tourne à la vitesse
désirée sans aucune force de friction (le levier est relevé). Ensuite, la force
de friction est appliquée (levier abaissé par un expérimentateur) à chaque fois
que le sujet débute un sprint et supprimée (levier relevé) dès la fin des 5-s
d’exercice ; ce qui permet d’entretenir la rotation de la roue tout au long de
la série à la vitesse choisie. En effet, l’absence quasi totale de friction et
l’inertie importante du volant lui permettent de maintenir sa vitesse de
rotation constante pendant les phases de récupération. Ainsi, au même titre que
la bicyclette isocinétique (Mc Cartney et
al., 1985) cette procédure permet de supprimer la phase
d’accélération et de négliger l’intervention de la « force d’inertie ». Deux
séries sont réalisées à plusieurs jours d’intervalle avec des forces de
friction différentes. Ces dernières sont choisies à partir de la relation
force-vitesse propre à chaque sujet, ce sont les valeurs de force
FVopt et F1/2Vopt (Figure 1).
La force, la vitesse, la puissance et le travail externe
total sont moyennés pour chaque sprint. La consommation moyenne d’oxygène est
mesurée lors des 6 derniers sprints grâce à l’utilisation de 6 sacs de Douglas
: un sac pour chaque sprint et sa récupération soit 50-s de prélèvement. La
mesure de [La]s au début (La0), au milieu (La6) et à la fin de
chaque série (La12) permet d’évaluer l’accumulation de lactate sanguin,
notamment au cours des 6 derniers sprints (∆[La]S). La
fréquence cardiaque est enregistrée en continu tout au long de chaque série.
Enfin, dans les 30 secondes suivant la fin de l’exercice, le sujet remplit deux
échelles qui nous renseignent sur la perception de l’exercice réalisé. L’aspect
cardio-respiratoire (en rapport avec la demande physiologique) est évalué à
partir du RPE (« rate of perceived exertion ») de Borg ; l’aspect musculaire
(en rapport avec la contrainte ressentie au niveau des muscles des membres
inférieurs) est évalué à partir du CR-10 (« category-ratio ») de Borg (Hagen,
Hallen & Harms-Ringdahl, 1993).
2.2.3. Mesure du niveau d’activation (séance 4)
Au cours de cette dernière séance, chaque sujet réalise 2
séries de trois sprints de 5-s (dans un ordre aléatoire) : une à Vopt, une à
½Vopt. La récupération est de 45-s entre chaque sprint et de 1’30 entre chaque
série. L’évolution de la valeur EMGrms de l’extenseur principal de la jambe
(VL) nous permet de vérifier que la commande motrice reste similaire dans les
deux situations.
2.3. Calcul du rendement
A l’exercice « all-out », en se basant sur la relation
puissance-vitesse, il est impossible d’obtenir une variation de la puissance
sans une variation simultanée de la vitesse de pédalage ; on ne peut donc pas
calculer ∆E. Deux méthodes d’évaluation du rendement sont retenues : GE et WE
afin de prendre en compte l’influence de la puissance interne métabolique. Les
valeurs sont calculées en tenant compte ou non de l’accumulation de lactate
sanguin dans la dépense énergétique totale (GE(La) et WE(La) ; GE et WE). Les
calculs concernent uniquement les six derniers sprints de chaque série : le
travail total fourni au cours de cette période (Wtot) est
exprimé en joules et la quantité d’énergie métabolique dépensée est estimée à
partir des éléments suivants : la consommation totale d’oxygène
(VO2tot), la consommation d’oxygène liée à la puissance
interne (VO2int), la consommation d’oxygène liée au
métabolisme de repos (VO2repos) et l’accumulation de lactate
sanguin (∆[La]S). La référence retenue pour le métabolisme de
repos est de 5 ml.min-1.kg-1 et l’équivalent en
O2 de l’accumulation de 1mmol.l-1
de lactate sanguin est fixé à 3,3 mlO2.kg-1 (Margaria, Aghemo & Sassi, 1971).
D’abord exprimées en litres d’oxygène, toutes ces valeurs sont ensuite
transcrites en Joules métaboliques en utilisant un équivalent énergétique
établi en fonction du QR moyen de chaque série. Les formules utilisées sont les
suivantes :
2.4. Analyses statistiques
Elles ont été réalisées à l’aide du logiciel STATVIEW. Les
résultats sont exprimés en valeur moyenne ± l’écart type. Des régressions
linéaires simples (force-vitesse, VO2-puissance) et
polynomiales du second degré (puissance-vitesse) sont utilisées pour étudier la
liaison entre des variables à expliquer et des variables explicatives.
L’influence de la répétition des sprints sur les différents paramètres
mécaniques, métaboliques et électromyographiques mesurés (vitesse, puissance,
consommation d’oxygène, EMGrms) est évaluée à l’aide d’une ANOVA à mesures
répétées. L’influence de la vitesse de pédalage sur ces mêmes paramètres et sur
le rendement est évaluée à l’aide d’une ANOVA à un facteur. Lorsque l’analyse
de variance s’avère significative, la comparaison de deux moyennes est
effectuée à l’aide d’une analyse de contraste. Le seuil de significativité est
fixé à P<0,05.
3.1. Puissance interne métabolique
VO2int est de 1,178 l.min-1 (± 0,2) et 0,275 l.min-1 (± 0,11) à Vopt et ½Vopt
respectivement (P<0.001) ; ce qui
représente 26,4 (± 4,9) % et 6 (± 2) % de VO2max. Le
coefficient de détermination des droites de régression est compris entre 0,957
et 0,999.
3.2. Données mécaniques : vitesse, puissance et travail
Au cours des 12 sprints, il n’y a pas de variation
significative de la vitesse de pédalage et de la puissance moyenne externe du
1er au 12e sprint à Vopt et du 3e au 12e sprint à ½Vopt (Figure 2). Les valeurs
moyennes sur la série sont de 117,1 (± 4,1) rév.min-1 et 944,5 (± 123) W à Vopt, et 60,6 (±
3,6) rév.min-1 et 702 (± 88) W
et à ½Vopt (P<0,001). Dans les deux
cas, il n’y a pas de différences significatives entre ces valeurs et les
valeurs cibles déterminées à partir des relations force-vitesse et
puissance-vitesse de chaque sujet (117,2 rév.min-1
et 964 W à Vopt et 58,6 rév.min-1 et 722 W à ½Vopt). Le travail total
réalisé au cours des 6 derniers sprints (Wtot) est
significativement supérieur à Vopt comparé à ½Vopt (Tableau 2) ; ce qui
représente une différence d’environ 33 % (P<0,001).
Figure 2
Evolution de la puissance mécanique, de la consommation
d’oxygène (VO2) et de la concentration sanguine de lactate
([La]S) au cours des deux séries de 12 sprints effectués à
Vopt (en noir) et ½Vopt (en blanc).* Différence significative avec les autres
sprints (P<0,05) ; † Différence significative avec les valeurs à Vopt
(P<0,001).
3.3. Données physiologiques
Dans les deux conditions de vitesse, VO2 ne
varie pas significativement du 7e au 11e sprint. Néanmoins, on constate sur le
Figure 2 que VO2 du 12e sprint est significativement inférieur
à VO2 du 11e
sprint (P<0,05). La valeur moyenne de VO2 est de 32,5 (±
1,6) ml.min-1.kg-1 (soit 2,183 l.min-1) à ½Vopt et 37,9 (± 1,6)
ml.min-1.kg-1 (soit 2,549 l.min-1) à Vopt ; ce qui représente
respectivement 48,8 % et 57,1 % de VO2max. La quantité totale
d’oxygène consommée (VO2tot) est significativement supérieure
à Vopt par comparaison à ½Vopt (Tableau 2) ; la différence est d’environ 17 %
entre les deux situations (P<0,001).
[La]s augmente significativement entre le
début et la fin de la série de sprints dans les deux situations bien que
certains sujets possèdent un ∆[La]S négatif entre La6 et La12
à ½Vopt. Par contre, on observe une accumulation de lactate sanguin
significativement plus importante à Vopt (Figure 2). Les valeurs de
∆[La]S du 7e
au 12e sprint sont consignés
dans le Tableau 2.
3.4. Données de rendement
Les différentes valeurs de rendement calculées sont
représentées en Figure 3. Lorsqu’on ne tient pas compte de
∆[La]S, on observe une différence significative de rendement
entre Vopt et ½Vopt (P<0,05);
celui-ci étant supérieur à Vopt quelle que soit la méthode de calcul utilisée
(GE et WE). En revanche, la prise en compte de ∆[La]S fait
disparaître cette tendance. Enfin, on constate que les valeurs de WE et WE(La)
sont significativement supérieures à celles de GE et GE(La) respectivement
(P<0,05).
Figure 3
Influence de la vitesse de pédalage (Vopt, ½Vopt) sur les
différentes valeurs de rendement estimées au cours des 6 derniers sprints en
fonction de la méthode de calcul (rendement brut :GE ou rendement de travail
:WE) et de la prise en compte ou non du lactate sanguin dans la dépense
énergétique (GE(La) et WE(La)). * Différence significative avec les valeurs à
Vopt (P<0,05).
3.5. EMG et perception de l’effort (échelle de Borg)
Les valeurs moyennes EMGrms par bouffée du vastus lateralis
(VL) ont été calculées pour chaque série (10 à Vopt, 5 à ½Vopt ; Figure 4). Il
ressort de cette analyse que le niveau d’activation à Vopt n’est pas
significativement différent de celui mesuré à ½Vopt (Tableau 2). En ce qui
concerne la perception de l’effort fourni, il semble également que la
sollicitation cardio-respiratoire (RPE) comme la sollicitation de la fonction
musculaire (CR10) ne sont pas significativement influencées par la condition de
vitesse de pédalage (Tableau 2).
Figure 4
Exemple de signaux EMGrms filtrés à 12 Hz du vastus
lateralis lors de deux sprints réalisées à ½Vopt (à gauche) et à Vopt (à
droite).
Influence de la vitesse de pédalage (Vopt et ½Vopt) sur les
variables mécaniques (Wtot), physiologiques
(VO2tot et ∆[La]S), neuro-musculaire (EMGrms)
et la perception de l’effort (RPE et CR10) mesurées au cours des 6 derniers
sprints d’une série de 12 sprints de 5-s entrecoupés de 45-s de récupération
passive.*** Différence significative (P<0,001), n.s. non
significatif.
Wtot (kJ) VO2tot (l) ∆[La]S (mmol.l-1) EMGrms (mV) Echelle de Borg RPE CR10
Condition de pédalage Vopt 30,39 12,73 3,03 592,7 14,1 3,1 (± 4,16) (± 2,70) (±
1,15) (± 153,9) (± 2,7) (± 1,6) ½Vopt 22,82 *** 10,92 *** 0,73 *** 596,8 n.s.
12,4 n.s. 3,5 n.s. (± 3,45) (± 2,74) (± 0,93) (± 152,9) (± 2,4) (±
1,9)
4.1. Méthodologie : le protocole intermittent utilisé
4.1.1. Conditions isocinétiques
Au cours de l’expérimentation, la vitesse de pédalage
n’était pas contrôlée directement. Par l’utilisation de charges de friction
adaptées et appliquées ponctuellement à l’aide du bras de levier sur la
courroie de la roue déjà lancée, le protocole a permis aux sujets de réaliser
leurs sprints à vitesse de pédalage quasi-constante (Vopt ou ½Vopt), recréant
ainsi un fonctionnement de type isocinétique (d’un coup de pédale à l’autre et
non pas au cours d’un même coup de pédale).Ce résultat est important puisqu’il
constitue le postulat à l’étude de l’influence de la vitesse de pédalage sur
les paramètres mécaniques et métaboliques.
4.1.2. Évolution des variables mécaniques et physiologiques
D’un point de vue bio-énergétique, l’étude de la réponse
métabolique à l’exercice intermittent nécessite d’avoir atteint la phase
d’adaptation cardio-respiratoire (Marzorati, Perini, Melesi & Veicsteinas,
2000). D’abord, le protocole utilisé (5-s/45-s) a permis un maintien du niveau
de puissance tout au long de la série de 12 sprints, soit 10 minutes. De plus,
ce temps est suffisamment long pour atteindre un niveau constant de
VO2 moyen, puisque aucune différence de VO2
n’a été observée entre le 7e
et le 11e sprint. Dans ce cas,
on peut dire que VO2 est un témoin intéressant du stress
physiologique lié à l’exercice. La légère baisse de ce dernier lors de la
10e minute (-4 % par rapport à
la moyenne) peut être expliquée par un relâchement volontaire ou inconscient
lié au fait que les sujets n’ont plus d’effort à fournir ensuite (baisse du
niveau d’excitation, de la concentration…). Ces résultats permettent de
supposer que la récupération de 45-s permet un taux incomplet mais suffisant de
resynthèse des stocks de PCr. On peut également penser que la composition
musculaire probablement à dominante lente (ST), en raison de la pratique
intensive du cyclisme chez les sujets, joue un rôle dans le maintien de ce
niveau de puissance tout au long de chaque série, en permettant une meilleure
resynthèse de PCr lors des périodes de récupération (Colliander, Dudley &
Tesch, 1988 ; Bogdanis, Nevill, Boobis & Lakomy, 1996). Cette constance des
variables mécaniques et physiologiques constitue le postulat préalable au
calcul de notre valeur de rendement global sur les six derniers sprints. De
plus, ce résultat a des conséquences pratiques, notamment pour les activités où
il s’agit de répéter des efforts très intenses de courte durée. Il prouve, en
effet, que des exercices explosifs de moins de 4-5 secondes peuvent être
enchaînés de manière relativement rapide (45-s de récupération) au moins une
douzaine de fois sans altération de la performance et ceci malgré une
accumulation non négligeable de lactate sanguin.
Cependant, les concentrations relativement élevées de
lactate sanguin, notamment à Vopt (Figure 2), liées à la participation
importante de la glycolyse anaérobie, confirment le fait que son oxydation
pendant les périodes de récupération ne suffit pas à son élimination complète.
La question de la poursuite de l’exercice au-delà de 10 minutes reste posée et
suggère que l’acidose liée à l’accumulation de lactate pourrait être un facteur
limitant à un maintien de la puissance à Vopt au-delà de 12 sprints.
4.2. Influence de la vitesse de pédalage
4.2.1. Puissance interne métabolique
A ½Vopt (60,6 rév.min-1), la valeur moyenne de puissance
interne (0,275 l.min-1) est
inférieure à celle mesurée à 60 rév.min-1 par Francescato
et al. en 1995 (0,395 l.min-1). Dans cette dernière étude, la masse
corporelle des sujets était nettement plus importante que dans notre étude (81
versus 67,7 kg). La valeur faible de VO2int à cette vitesse
est du même ordre de grandeur que la valeur moyenne du métabolisme de repos, ce
qui montre que cela ne coûte que très peu d’énergie au coureur de pédaler à
cette vitesse. Pour autant, ce résultat souligne également la difficulté
d’extrapoler VO2int à partir de la relation
VO2-Puissance ; relation dont la linéarité n’est pas toujours
vérifiée, notamment à des faibles niveau de puissance (Green, Dawson, Goodman
& Carey, 1996). A ½Vopt, la quantité d’oxygène consommée au cours des 6
derniers sprints correspondant au travail interne ne représente que 1,2 % de
VO2tot et a donc une influence faible sur les valeurs de GE et
WE. Par comparaison, la valeur moyenne mesurée à Vopt (1,178 l.min-1 à 117 rév.min-1) représente, sur la somme des 6
derniers sprints, une part non négligeable de VO2tot (4,6 %).
Ces résultats confirment l’intérêt qu’il y a à ne pas négliger l’influence de
la vitesse de pédalage sur la puissance interne lorsque l’on s’intéresse à
l’interface entre les variables physiologiques et mécaniques au cours d’un
exercice et donc notamment dans le cadre du calcul du rendement.
4.2.2. Niveau d’activation du vastus lateralis et perception de
l’effort
Le signal EMGrms moyen, témoin objectif du niveau
d’activation du muscle VL, est reproductible selon le coup de pédale et la
série, et similaire dans les deux situations de vitesse. De plus, l’effort de
type « all-out » (maximum de ses possibilités) demande aux sujets de recruter
au niveau maximal leurs fibres lentes (ST) et rapides (FT) indépendamment de la
vitesse angulaire (Perrin, 1993 ; cité par Marzorati
et al., 2000). Ainsi, il semble peu
probable qu’une variation dans le recrutement du type de fibre explique les
différences métaboliques et mécaniques observées entre Vopt et ½Vopt.
Par ailleurs, les résultats fournis par les échelles de
Borg, témoins subjectifs du niveau d’engagement perçu, montrent que les sujets
ont la même impression de l’effort fourni quelle que soit la vitesse de
pédalage adoptée, que ce soit au niveau cardio-respiratoire (RPE : « quelque
peu difficile ») ou au niveau musculaire (CR10 : « modéré »). Pourtant, nous
avons vu que la production de puissance et la sollicitation métabolique sont
nettement différentes entre les deux situations. Cette constatation est très
intéressante puisqu’elle tend à montrer que, dans le cas d’exercices maximaux
répétés de type sprint, le RPE de Borg n’est pas un critère représentatif de la
dépense énergétique comme cela a été démontré au cours de l’exercice
sous-maximal (Dunbar, Robertson, Baun, Blandin, Metz, Burdett & Goss,
1992).
4.2.3. Travail mécanique, consommation cumulée d’oxygène et lactate
sanguin
Comme on pouvait s’y attendre, le travail total fourni est
significativement supérieur à Vopt comparé à ½Vopt (Tableau 2), confirmant
ainsi l’influence de la vitesse de pédalage sur la puissance et le travail
mécanique produits au cours de l’exercice maximal bref et intense (Linossier
et al., 1996 ; Arsac, 1995). De plus,
il n’y a pas de différence significative entre la puissance cible (déterminée à
partir des relations puissance-vitesse de tous les sujets) et la puissance
moyenne maintenue au cours des 12 sprints de 5 s à Vopt comme à ½Vopt. Cela
réaffirme la pertinence des relations force-vitesse-puissance et leur validité
pratique. En effet, cela montre qu’il est possible de se placer en un point
précis de la relation et de maintenir la puissance correspondante pendant 4-5
s. De plus, cela confirme l’hypothèse selon laquelle les réserves métaboliques
ne constituent pas une limite à la production d’un travail mécanique maximal
lors de l’exercice bref et intense d’une durée inférieure à 4-5 s. Seules les
contraintes mécaniques de vitesse et de force peuvent expliquer l’augmentation
ou la baisse de puissance observées durant cette période. Au-delà, il est
évident que les réserves énergétiques du muscle ont un impact sur la production
de puissance.
Un des résultats importants de notre étude est le fait que
l’état stable de VO2 moyen soit maintenu à Vopt comme à ½Vopt
mais à un niveau significativement différent (Figure 2). Une vitesse plus
importante entraînant la formation et le détachement d’un plus grand nombre de
ponts de liaison pourrait être la cause d’une hydrolyse accrue d’ATP. De plus,
si la vitesse de déplétion de PCr dépend de la puissance produite lors de
l’exercice (Bergström 1967, cité par Hirvonen et
al., 1987) alors la plus faible puissance externe maintenue à ½Vopt
expliquerait une plus faible déplétion de PCr et donc un plus faible
VO2tot. Concernant le lactate sanguin, d’après Jones
et al. (1985), un recrutement plus
précoce et plus important des fibres rapides (FT) à vitesse élevée pourrait
fournir une explication à l’accumulation supérieure observée à Vopt. Pourtant,
l’absence de fatigue au cours de la série d’une part, et l’équivalence des
signaux EMGrms observée entre les deux situations (cf. paragraphe précédent)
d’autre part, réfutent en partie cette proposition. En faisant l’hypothèse
vraisemblable que l’élimination du lactate reste inchangée entre les 2
conditions, ce résultat suggère une sollicitation plus importante de la
glycolyse anaérobie à Vopt. En condition supra-maximale, l’accumulation de
[La]s n’est donc pas uniquement liée à la durée de l’exercice
mais est aussi dépendante de la puissance moyenne soutenue au cours de celui-ci
(Hirvonen et al., 1987). Ces deux
adaptions physiologiques sont les témoins du fait que la dépense énergétique
dans son ensemble est supérieure à Vopt comparée à ½Vopt. Ce constat nuance
quelque peu la vision classique que l’on a du rapport de cause à effet entre
les paramètres métaboliques et mécaniques lors de l’exercice « all-out ». En
effet, ce résultat principal indique que le débit de production d’énergie
métabolique est en partie asservie aux conditions mécaniques de fonctionnement
du muscle (vitesse, force et donc puissance) lors de ce type
d’exercice.
4.2.4. Rendement mécanique (GE et WE)
Les références concernant le rendement mécanique à
l’exercice supramaximal sont peu nombreuses. Dans sa revue de littérature,
Bangsbo (1996) propose des valeurs de 22-26 % sur un groupe musculaire
extenseur isolé. Dans notre étude, les valeurs calculées sont nettement
inférieures puisqu’elles s’étendent de 9,9 à 13,7 %. Rappelons d’abord que les
résultats de Bangsbo ont été obtenus à partir de la réalisation d’un exercice
épuisant de 3 minutes à 130 % de VO2max, représentant
l’intervention simultanée des métabolismes anaérobies et aérobie ; ce qui rend
délicate la comparaison avec l’exercice maximal bref et intense. De plus, dans
notre étude, la consommation d’oxygène mesurée représente en majeure partie la
dépense énergétique des muscles producteurs de puissance externe. Pourtant, la
dépense liée à la sollicitation des muscles des membres supérieurs, des muscles
posturaux et des antagonistes mais aussi des muscles respiratoires est inclue
dans VO2tot. Tous ces éléments, difficiles à évaluer, ne
devraient pas en toute rigueur être pris en compte dans le calcul de la dépense
énergétique puisqu’ils ne sont pas reliés à la production de puissance
mécanique. Cela explique donc en partie les faibles valeurs de rendement
calculées. Ensuite, l’efficacité (force utile/force totale) plus faible lors du
mouvement de pédalage en comparaison avec le mouvement simple d’extension de la
jambe pourrait également être un facteur explicatif de cette différence de
rendement. Enfin, il ne faut pas perdre de vue que VO2tot, par
définition, sur-estime la dépense énergétique liée à l’exercice. En effet, la
dette d’O2, même si elle reste proportionnelle dans sa phase
rapide à la déplétion de PCr lors de l’exercice (Knuttgen & Saltin, 1972),
n’est pas une variable équivalente quantitativement à l’énergie métabolique
réellement utilisée pendant les périodes de travail (Gaesser & Brooks,
1984).
Au cours de sprints de 6-s sur bicyclette, les valeurs
calculées par Bangsbo (1996) à partir des résultats de Gaitanos, Williams,
Boobis & Brooks (1993) et Boobis (1987) sont comprises entre 13 et 17,7 %,
ce qui se rapproche beaucoup plus des résultats de notre étude. Concernant le
rôle joué par la vitesse de pédalage, il apparaît que le rendement mécanique
est supérieur à Vopt pour GE comme pour WE (Figure 3). Cette donnée concordent
avec les résultats de Lodder et al.
(1991) sur muscle isolé de rat qui suggérant que le rendement est amélioré
lorsque la contraction est effectuée à la vitesse de raccourcissement optimale.
Pourtant, ceci relève encore d’autres hypothèses puisque ces résultats ne sont
plus significatifs lorsque le lactate sanguin est pris en compte dans
l’estimation de la dépense énergétique, que ce soit pour GE(La) ou WE(La)
(Figure 3). Même si, au cours de ce type d’exercice, l’utilisation
d’équivalents énergétiques pour la consommation d’oxygène et l’accumulation de
lactate sanguin restent sujet à caution, l’important est de constater que
l’influence de la vitesse de pédalage sur le rendement reste à
démontrer.
Lors de la répétition d’exercices brefs et explosifs sur
bicyclette ergométrique, la vitesse de pédalage a une influence directe sur la
production d’énergie mécanique. Ainsi lorsque le même exercice de sprint est
répété dans des conditions optimales (Vopt, ~120 rév.min-1), le travail total fourni est
largement supérieur (33 %) par rapport à ce qui peut être fourni lorsque
l’exercice est réalisé à la moitié de cette vitesse (½Vopt, ~60
rév.min-1). L’évolution
parallèle des variables physiologiques, telles que la consommation d’oxygène et
l’accumulation de lactate sanguin, conforte l’hypothèse selon laquelle les
contraintes mécaniques, et notamment la vitesse, ont un impact direct sur la
capacité à mobiliser une quantité plus ou moins grande d’énergie métabolique.
En revanche, l’influence de la vitesse de pédalage sur le rendement musculaire
est beaucoup moins marquée et son interprétation reste difficile. En d’autres
termes, lorsque les sujets réalisent des sprints maximaux induisant un niveau
d’activation maximal des muscles producteurs de puissance, même si leur
perception de l’effort reste inchangée, il apparaît que la production mécanique
comme la dépense énergétique sont supérieures lorsque l’exercice est exécuté
dans des conditions optimales de vitesse et de force.
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Sylvain Dorel, Laboratoire de Physiologie-GIP E2S, Faculté de
Médecine Lyon-Sud BP 12, F-69 921 Oullins Cedex. Téléphone – Fax:
04.78.86.31.35. E-mail:
Dorel77@ wanadoo.
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