Tests d`effort et sport

Tests d’effort et sport
Dr E. Jousselin (chef du département médical Insep-paris) Dr J. Guéneron (Cardiologue,
Insep, Paris)
Chapitre 1 : Les épreuves d'aptitude physique du sportif
Les tests d'effort ont pour but d'apprécier la qualité de l'entraînement ou bien la non
contre indication cardiologique à l'effort. Ils sont nombreux, plus ou moins sophistiqués et
d'interprétation difficile. Ils ne sont utiles que s'ils sont directement interprétables sur le
terrain par l'entraîneur et le sportif.
Ce dossier a pour but de présenter succinctement, dans un premier temps, les tests plus
utilisés. L'interprétation de certains d'entre-eux sera développée dans un numéro ultérieur de
Médecins du sport.
I - Généralités
Au début de la saison sportive, qui coïncide avec la reprise de l'année scolaire, le
médecin est sollicité par le sportif (ou ses parents) pour l'obtention d'un certificat médical de
non-contre-indication à la pratique d'un sport - incorrectement appelé certificat d'aptitude.
De plus en plus souvent, cette demande est accompagnée d'une circulaire fédérale
imposant certains examens qui s'ajoutent à l'examen clinique, en particulier la réalisation
d'une épreuve d'effort.
Par ailleurs, le médecin qui assure le suivi d'une équipe est sollicité par l'entraîneur
pour réaliser des tests d'effort destinés à estimer la plus ou moins bonne forme des sportifs.
Jusqu'à une période récente (1970), les médecins réalisaient leurs propres épreuves tests de Ruffier, de Chignon, d'Astrand, de Margaria, mesure du VO2 max - et les entraîneurs
en utilisaient d'autres - tests de Cooper, de détente verticale, utilisation des pouls dans la
récupération - sans qu'il soit toujours possible de les comparer. L'évolution technologique de
ce dernier quart de siècle et la meilleure connaissance des effets de l'entraînement et de sa
programmation ont été à l'origine d'une multiplication des tests d'efforts par des équipes
médicales ou des équipes d'entraîneurs. Aujourd'hui, il est parfois difficile de s'y retrouver.
Nous essaierons donc de faire l'analyse critique de quelques-unes des épreuves les plus
demandées, au vu de notre double expérience de médecin de l'Insep et des équipes nationales.
Les principaux tests d'effort
Métabolisme anaérobie : Test de détente verticale / Test de Margaria / Test de charge de
vitesse / Test de Wingate
Métabolisme aérobie : VO2 max / Capacité aérobie
II - Pourquoi des épreuves d'effort ?
Une épreuve d'effort est destinée à évaluer ou mesurer l'aptitude physique d'un sportif
à partir de l'étude de performances physiques ou des fonctions cardio-respiratoires et
musculaires.
Les unes intéressent plus le médecin, et les autres l'entraîneur. Mais, qu'elles soient
simples ou sophistiquées, il est nécessaire de garder toujours à l'esprit qu'elles doivent pouvoir
être immédiatement compréhensibles et utilisables par l'athlète et son entraîneur. Ainsi,
l'expression en watts ou en joules d'une puissance d'exercice n'est pas toujours "parlante" sur
le terrain.
Enfin, il ne faut pas oublier que toute épreuve d'effort est précédée d'un interrogatoire
et d'un examen clinique dont nous dirons quelques mots.
III - L'épreuve d'aptitude générale
La plus simple des épreuves ne nécessite que peu de matériel et peut se réaliser au
cabinet. Il s'agit de ce que devrait être au minimum toute visite "d'aptitude". Cela commence
par un interrogatoire grâce auquel il est possible d'en savoir parfois plus qu'avec toutes les
épreuves fonctionnelles, à partir de questions aussi simples que : Comment vous sentezvous ? Prenez-vous des médicaments en ce moment ? Dormez-vous bien ? Mangez-vous
normalement actuellement ? Avez-vous des troubles gynécologiques ?
En fin d'examen clinique, il est utile d'enregistrer l'électrocardiogramme de repos et de
mesurer la pression artérielle. Puis, le sportif étant toujours branché, on réalise le test de
Ruffier : 30 flexions en 45 secondes, et on enregistre à nouveau l'ECG et la PA à la fin de
l'exercice puis une minute après l'arrêt de l'exercice. Le calcul de l'un des trois indices de
Ruffier - modifiés ou non par Dickson - ne présente aucun intérêt. Il est montré depuis
longtemps qu'il n'y a aucune corrélation entre cet indice et la performance physique.
Par contre, l'intérêt de ce test réside dans la présence ou non d'anomalies de l'ECG et
de la PA au repos, à l'effort ou à la récupération. Qu'il s'agisse de chiffres élevés de
fréquences cardiaques ou de pression artérielle, ou encore de troubles au tracé électrique, il
faut se poser la question : " Pourquoi ces anomalies ? " Ce qui renvoie bien entendu à
l'analyse de l'entraînement et à d'éventuelles consultations spécialisées.
Valeurs maximales
Valeurs maximales atteintes par les sportifs des équipes nationales vus à l’INSEP lors de test
d’effort (moyennes)
Enfin, l'analyse des troubles du tracé ECG, tels qu'ils ont été décrits par Plas, Chignon
et Leclercq, et en particulier l'analyse qualitative de l'entraînement qui en était faite, doivent
être interprétés avec beaucoup de prudence, pour ne pas dire abandonnés.
A - Les tests visant à évaluer la puissance anaérobie
1 - Test de détente verticale (Sargent test, 1921)
La hauteur du saut pieds joints - appréciée à partir du déplacement de la tête - et le
poids du corps du sujet donnent une idée de la puissance maximale anaérobie. Ce test est
facile à réaliser, mais présente-t-il un intérêt si on ne l'associe pas à une plate-forme de force ?
Puissance (Watts) = 0,002 x poids (kg) x Ah (cm).
2 - Test de Margaria (1966)
Le test consistant à mesurer le temps mis à gravir un escalier d'une dizaine de marches
entre deux cellules photoélectriques a été utilisé à une époque. Est-il vraiment pertinent ? Sa
réalisation n'est pas sans danger quand on rate une marche. Puissance (Watts) = 0,01 x poids
(kg) x vitesse (m.sec-1)
3 - Test de charge vitesse (1979)
Il nécessite un ergocycle adapté pour mesurer la vitesse de rotation en fonction de la
charge croissante qui freine la roue. La puissance anaérobie est exprimée à partir des valeurs
extrapolées à vitesse nulle et force maximale. Ce test dépend certes de la puissance maximale
anaérobie du sujet, mais aussi de sa motivation.
4 - Test de Wingate (1980)
C'est un pédalage de 30 secondes à vitesse maximale contre une charge constante
définie en fonction du poids du sujet - en général 75 g par kilogramme de poids de corps. La
puissance maximale anaérobie est obtenue en multipliant le pic de vitesse par la charge de
freinage. On peut également utiliser la puissance moyenne sur 30 secondes ou la surface sous
la courbe. La bonne réalisation de cette épreuve dépend beaucoup de la motivation du sujet.
5 - En résumé
Le matériel utilisé et les protocoles de réalisation étant variables, il est difficile
d'établir des normes de référence. Le seul intérêt des tests est de comparer l'individu par
rapport à lui-même.
Même facilement reproductibles, ces tests ont trois inconvénients.
- Etant maximaux, ils dépendent fortement de la motivation du sujet.
- Ils sont éloignés des gestes habituels.
- Plus gênant : ils sont difficilement déchiffrables par le sportif et l'entraîneur.
C'est pourquoi, il me paraît beaucoup plus simple d'utiliser des épreuves de terrain telles que
les suivantes.
- Course de vitesse maximale sur 20 ou 30 m, le chronomètre étant déclenché
lorsque le pied arrière quitte le sol. Cette épreuve est plus précise si l'on dispose de
cellules photoélectriques, mais la première version avec le chronomètre de
l'entraîneur est souvent suffisante. Ce test peut être adapté à d’autres sports
(cyclisme, natation...).
- Test de force musculaire à charge maximale. A réaliser par charges progressives
sur un ou plusieurs mouvements connus du sportif. L'avantage de ces deux exemples
est d'être facilement réalisables avec du matériel non sophistiqué sur les terrains de
sport. L'interprétation de ces épreuves est particulièrement simple.
B - Les épreuves explorant le métabolisme aérobie (puissance maximale aérobie et seuil
anaérobie)
Ces épreuves sont destinées à mesurer ou à évaluer le VO2 max (consommation
maximale d'oxygène). Le succès du VO2 max tient à ce qu'on a longtemps pensé que sa
valeur était liée à la condition physique de l'individu. Par contre, la mesure directe du VO2
max a toujours été - et reste encore aujourd'hui - limitée par le coût des analyseurs. C'est
pourquoi les méthodes indirectes d'évaluation du VO2 max à partir d'autres mesures
(fréquence cardiaque, puissance de l'exercice) sont toujours utilisées.
Références internationales
1 - Les épreuves indirectes
En laboratoire, les plus utilisées ont été décrites par I. Astrand - sur cyclergomètre - et par
Jansson - le step test d'Harvard.
la fréquence cardiaque
Chez certains sujets, la consommation d’oxygène peut augmenter relativement plus vite que la
fréquence cardiaque lorsque l’exercice devient très intense
Ces tests évaluent le VO2 max à partir de la relation linéaire existant entre la
consommation d'oxygène et la fréquence cardiaque. L'avantage de ces tests est leur simplicité
et leur faible coût matériel.
Leur inconvénient majeur est dû à l'approximation de l'estimation. En effet, ces
évaluations ne tiennent pas compte des deux variables individuelles de la fréquence
cardiaque :
- sa non progression linéaire en fin d'exercice chez certains sujets ; la VO2 max est dans ce
cas sous-estimée (fig. 1) ;
VO2 max
VO2 max des équipes nationales hommes
- l'extrapolation de la fréquence cardiaque maximale théorique en fonction de l'âge. On oublie
en effet souvent que la formule d'Astrand (FC max = 220 - âge) est valable à w 10 pulsations
minutes ( !) ; là aussi, il peut y avoir sous-estimation ou surestimation de l'évaluation.
Dernière remarque sur ces tests : une évaluation ne peut pas être utilisée dans un suivi
d'entraînement. Son imprécision rend en effet aléatoire toute analyse qualitative et
quantitative de l'entraînement pendant la saison.
VO2 max
VO2 max des équipes nationales femmes
Sur le terrain existent de nombreux tests évaluant le VO2 max. Leur intérêt majeur est
la passation en groupe.
Le test de Cooper a été longtemps le plus employé du fait de sa simplicité : il s'agit de
courir la plus grande distance sur piste en 12 minutes. Le VO2 max est estimée à partir de la
formule : VO2 max = (distance x 0,022) - 10,69, exprimé en ml.min-1 kg-1. Ce test est
facilement réalisable pour des sportifs ayant des qualités d'endurance : coureurs à pied,
triathlètes, cyclistes, skieurs nordiques..., mais le résultat sous-estime tous ceux qui n'ont pas
l'habitude des efforts continus et qui partent trop vite puis marchent et repartent, ou au
contraire ceux qui démarrent trop lentement et terminent vite.
Cet inconvénient n'existe plus dans les tests progressifs qui ont vu le jour à partir de
1980 : test de Léger et Boucher, de Bru, de Brue, de Chanon.
Lactatémie
Lactatémie: l'avantage principal du micro-prélèvement sanguin à l'oreille est son caratère
indolore
Ces tests diffèrent dans leur protocole mais ils sont basés sur le même principe : le
sportif doit suivre un rythme progressivement croissant - toutes les une ou deux minutes imposé par une bande magnétique ou un vélo jusqu'à ce qu'il décroche. A partir d'un tableau
de référence et du dernier palier atteint, le VO2 max est évaluée.
Ainsi, le test de la navette de Léger et Boucher est le plus facile à réaliser, car il suffit
d'un espace d'une trentaine de mètre - gymnase, cour d'école, pelouse sèche, route, piste... pour effectuer des allers et retours entre deux lignes distantes de 20 mètres. Le premier palier
est marché puis la vitesse augmente toutes les minutes. Le rythme est donné par une bande
magnétique. Le dernier palier atteint correspond à une estimation de VO2 max très proche de
la réalité - moins de 5 % d'erreur dans notre expérience personnelle.
Cette épreuve présente également l'avantage d'être réalisable par des enfants ou des
personnes âgées. Elle est particulièrement indiquée pour les sportifs peu entraînés ou les nonspécialistes de longues distances. Pour ces dernières, il est préférable d'utiliser la version du
test Autour sur la piste ou les tests similaires : Brue, Chanon, Bru...
2 - La mesure directe du VO2 max
Elle nécessite un matériel coûteux (plus de 250 000 F), qu'il s'agisse d'analyseurs fixes
ou portables (type k4, de Cosmed). Quitte à investir dans cette gamme de prix, il est
indispensable de disposer d'ergomètres spécifiques : tapis roulant atteignant 30 km/h,
ergocycle de type Orion ou Technogym, rameur de type Concept II... L'embout buccal est
préférable au masque car les risques de fuites sont moindres lors d'efforts maximaux. Le
protocole sera toujours triangulaire, c'est-à-dire en par augmentation progressive de la
puissance d'exercice, mais il peut différer dans sa réalisation en fonction des objectifs
recherchés.
Si la seule mesure du VO2 max intéresse le sportif (dans les sports technico-tactiques
par exemple), il n'est pas nécessaire de réaliser d'arrêt pendant l'épreuve. On peut ainsi utiliser
le protocole suivant sur tapis roulant : échauffement de 10 min à 8 kmh-1, puis augmentation
de 1 kmh-1 toutes les minutes jusqu'à l'arrêt par le sportif lui-même. Ce test s'apparente aux
tests progressifs de terrain et présente la même finalité : la mesure du VO2 max. Il est par
contre impossible de déterminer précisément le seuil anaérobie utilisable à l'entraînement
dans ce type d'épreuve.
Si l'on a besoin de déterminer avec précision le seuil anaérobie (cas des sports
"d'endurance", mais aussi de tous les sports où l'on utilise le footing dans la préparation), il est
nécessaire d'utiliser des protocoles avec paliers permettant d'atteindre un état stable cardiovasculaire, pulmonaire et métabolique (donc des paliers de 3 min minimum) et des arrêts entre
paliers destinés à effectuer un micro-prélèvement sanguin pour la mesure des lactatémies. Par
exemple, à l'Insep, nous démarrons l'échauffement à 8 ou 10 kmh-1 - 12 kmh-1 pour les bons
marathoniens - puis par paliers de 4 minutes en augmentant chaque fois de 2 kmh-1 avec
repos intermédiaires d'une minute. Sur les ergocycles, le protocole est identique,
l'incrémentation de puissance étant de 100, 175, 250, 300, 350, 400, 450 watts (voir
bibliographie).
Ce type de protocole permet de déterminer le niveau du seuil anaérobie à partir des seuils
ventilatoires et lactiques, ce qui en fait un paramètre directement utilisable. Les critères
d'obtention du VO2 max sont : l'épuisement du sportif, une fréquence cardiaque maximale qui
stagne, un quotient respiratoire supérieur à 1,10 et une lactatéamie supérieure à 8 mmoll-1
La réalisation de cette épreuve est longue (45 minutes environ chez les sportifs
entraînés) et coûteuse. Mais c'est la seule qui permette d'ajuster les vitesses d'entraînement
chez le sportif de haut niveau.
La valeur du VO2 max chez un sportif entraîné n'est pas différente entre le protocole
continu sans arrêt intermédiaire et le protocole par paliers avec arrêts.
Tous les résultats doivent être interprétés en fonction de références existantes
(Tableaux I et II) et par rapport au sujet lui-même et à ses objectifs.
Ainsi, un VO2 max de 55 mlmin-1 kg-1 chez un footballeur ne nécessite pas d'être
améliorée, car les formes d'entraînement destinées à le faire seraient difficilement supportées
par le joueur. En effet, dans le cas de figure précédent, il faudrait que le joueur réalise une à
deux fois par semaine des exercices du type 5 fois 500 m à la vitesse maximale aérobie (c'està-dire la vitesse à laquelle a été atteinte le VO2 max), avec un temps de récupération à peu
près égal au temps de course !
Par contre, il peut être utile d'inclure dans le programme d'un marathonien, une à deux
fois par semaine, des séances de 5 à 10 fois 1 000 m en 3 minutes - avec repos de 3 minutes si sa VO2 max atteint 20 kmh-1 (c'est-à-dire 3 min aux 1 000 m) et plafonne à 65 mlmin-1kg1, et s'il souhaite progresser au marathon.
L'inconvénient majeur du VO2 max est de ne pas progresser beaucoup pendant une
saison, sauf à la développer spécifiquement, comme décrit ci-dessus. Par contre, la
progression du seuil anaérobie est plus spectaculaire et correspond à un entraînement
réalisable pour tout sportif, à condition de ne pas courir plus vite que la vitesse atteinte au
seuil anaérobie lors de footings de 30 minutes à 1 h 30 réalisés deux à trois fois par semaine.
Cette détermination est effectuée à partir des seuils ventilatoire et lactique. La référence à la
fréquence cardiaque atteinte au seuil anaérobie peut être utilisée sur le terrain par le cardio
fréquence mètre, et la fréquence cardiaque à ne pas dépasser est la FC du seuil anaérobie.
protocole épreuve d'effort
C'est d'ailleurs le seul cas d'utilisation rationnelle du cardio fréquence mètre.
IV - Conclusion
Les tests d'effort utilisés chez les sportifs sont nombreux, plus ou moins sophistiqués et
d'interprétation difficile. Nous en avons montré les principales limites, ce qui n'empêche pas
de les utiliser. Mais il faut toujours garder à l'esprit qu'ils doivent être directement
interprétables et utilisables sur le terrain par l'entraîneur et le sportif.
V- Lexique
V02 max : Consommation maximale d'oxygène obtenue lors d'un exercice exhaustif. Elle
s'exprime en millilitres d'oxygène consommés par minute d'exercice et par kilo de poids de
corps : mil.min-1 kg-1.
Puissance maximale aérobie (PMA) : Ce terme est synonyme de V02 max, mais il permet
d'exprimer aussi la puissance de l'exercice - en watts, joules ou kilogramme mètre - à laquelle
est atteinte la V02 max.
Vitesse maximale aérobie (VMA) : Ce terme concerne la vitesse sur tapis roulant ou sur le
terrain - course à pied, cyclisme, ski nordique, natation - à laquelle est atteinte la V02 max.
Les trois termes V02 max, PMA et VMA sont pratiquement synonymes, mais attention : la
V02 max peut varier sans que la puissance de l'exercice change, et inversement, la V02 max
peut rester stable, alors que la PMA ou la VMA augmentent ou diminuent !
Seuil anaérobie : Niveau maximal d'exercice où est conservé un état stable métabolique, ce
qui, en théorie, permet de maintenir un exercice aussi longtemps qu'existent des réserves
énergétiques. Il existe trois méthodes de détermination du seuil.
1) Le seuil anaérobie ventilatoire correspond à un état stable des échanges gazeux pour
un quotient respiratoire de 1. Le début de la dyspnée ressentie lors d'un footing correspond à
ce seuil.
2) Le seuil lactique correspond à une lactatémie de 4 mmol.l -1, valeur maximale où
l'acide lactique produit par le muscle est métabolisé.
3) Le seuil cardiaque n'est pas constant. Il correspond à la stabilisation de la fréquence
cardiaque en fin d'exercice.
Capacité aérobie : Pourcentage de la puissance maximale aérobie atteint au seuil anaérobie.
Il varie de 60 à 90 % en fonction des spécialités sportives.
Débit ventilatoire : Produit du volume courant par la fréquence respiratoire, il peut atteindre
230 I.min-1 dans des sports tels que l'aviron ou le ski nordique.
Quotient respiratoire (QR) : Rapport de la consommation de gaz carbonique par la
consommation d'oxygène. Le QR est de 0,75 au repos, 1 au niveau du seuil anaérobie et
supérieur à 1,10 lorsqu'est atteinte la V02 max.
Lactatémie : Valeur de la concentration d'acide lactique sanguin, exprimée en mmol.l-1. Au
repos, les valeurs sont inférieures à 1 mmol.l-1, environ 4 mmol.l-1 au seuil anaérobie, 8 à 10
mmol.l-1 à la puissance maximale aérobie et jusqu'à 25 mmol.l-1 Iors d'une régate d'aviron ou
d'un 400 mètres.