L'excès de consommation d'oxygène post-exercice supramaximal individualisé : influence du niveau d'aptitude physique

Abstract

Objective. – Determine the influence of physical fitness level on excess post-exercise oxygen consumption after supramaximal-intermittent exercise.Method. – Fourteen subjects (seven trained and seven sedentary subjects) performed three repetitions of an exercise corresponding to 60% of time to exhaustion at 120% of the maximum aerobic power, with two recovery periods of 5 min each. The third exercise was followed by 20 min of recovery. The oxygen uptake was measured continuously using a breath-by-breath device. Blood samples were taken from fingers during recoveries for lactate analyses.Results. – The excess post-exercise oxygen consumption increased gradually during recovery in trained subjects (P

Full text

Article original
L’excès de consommation d’oxygène post-exercice supramaximal
individualisé : influence du niveau d’aptitude physique
Excess post-exercise oxygen consumption after supramaximal
individualized exercise: influence of physical fitness level
N. Gmada
a
, E. Bouhlel
a
, H. Debabi
b
, Z. Tabka
b
,Y. Feki
a
, M. Amri
c,
*
a
Institut supérieur du sport et de l’éducation physique du Kef, Tunisie
b
Laboratoire de physiologie, faculté de médecine Ibn-El-jazzar, Sousse, Tunisie
c
Laboratoire de physiologie de la nutrition, faculté des sciences de Tunis, 2094 Tunis, Tunisie
Reçu le 10 juillet 2003 ; accepté le 2 novembre 2003
Disponible sur internet le 11 mars 2004
Résumé
Objectif. – Déterminer l’influence du niveau d’aptitude physique aérobie sur l’excès de consommation d’oxygène post-exercice.
Méthode. – Quatorze sujets (7 entraînés et 7 sédentaires) ont réalisé trois répétitions d’un exercice correspondant à 60 % du temps limite
à 120 % de la puissance maximale aérobie. Les deux premiers exercices étaient entrecoupés par deux périodes de cinq minutes de récupération.
Le troisième exercice était suivi par une récupération de 20 minutes. La consommation d’oxygène était mesurée en continu à l’aide d’un
système cycle à cycle. Des prélèvements sanguins étaient effectués au bout des doigts afin de déterminer la concentration sanguine de lactate.
Résultats. – L’excès de consommation d’oxygène post-exercice augmente progressivement au cours de la récupération de cinq minutes
chez les sujets entraînés (p< 0,01). Cependant, les valeurs sont pratiquement similaires chez les sédentaires. Quel que soit le niveau d’aptitude
physique du sujet, il existe une corrélation entre l’excès de consommation d’oxygène post-exercice et la baisse de la lactatémie durant la
récupération de 20 minutes (r= 0,94 ; p< 0,01). L’excès de consommation d’oxygène post-exercice des sujets entraînés est significativement
plus élevé que celui des sujets sédentaires (p< 0,05). De même, la baisse de la lactatémie est plus importante chez les sujets entraînés par
rapport aux sujets sédentaires (p< 0,01).
Conclusion. – Au décours et après une série d’exercices supramaximaux individualisés, l’excès de consommation d’oxygène post-
exercice, varie en fonction du niveau d’aptitude physique du sujet.
© 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés.
Abstract
Objective. – Determine the influence of physical fitness level on excess post-exercise oxygen consumption after supramaximal-intermittent
exercise.
Method. – Fourteen subjects (seven trained and seven sedentary subjects) performed three repetitions of an exercise corresponding to 60%
of time to exhaustion at 120% of the maximum aerobic power, with two recovery periods of 5 min each. The third exercise was followed by
20 min of recovery. The oxygen uptake was measured continuously using a breath-by-breath device. Blood samples were taken from fingers
during recoveries for lactate analyses.
Results. – The excess post-exercise oxygen consumption increased gradually during recovery in trained subjects (P< 0.01). However,
values were practically similar in sedentary subjects. In addition, we found a linear relationship between excess post-exercise oxygen
consumption and decrease lactate during the 20 min recovery. Whatever the level of subject physical fitness, these two parameters were
significantly correlated (r= 0.94; P< 0.01). Trained subjects have significantly higher excess post-exercise oxygen consumption than
sedentary subjects (P< 0.05) and greater lactate decrease during recovery (P< 0.01).
Conclusion. – Between and after repetition of supramaximal individualized exercise, the excess post-exercise oxygen consumption vary
according to the level of physical fitness.
© 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés.
* Auteur correspondant.
Adresse e-mail : mohamed.amri@fst.rnu.tn (M. Amri).
Science & Sports 19 (2004) 183–188
www.elsevier.com/locate/scispo
© 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés.
doi:10.1016/j.scispo.2003.11.001

Mots clés : Exercice supramaximal ; Récupération ; Dette d’oxygène
Keywords: Supramaximal exercise; Recovery; Oxygen debt
1. Introduction
L’excès de consommation d’oxygène post-exercice, plus
connu sous le terme de dette d’oxygène [14] ou « Excess
Postexercise Oxygen Consumption » (EPOC) [1] signifie
qu’après l’arrêt de l’exercice, la consommation d’oxygène
(VO
2
) reste un certain temps supérieure à sa valeur de repos
[1,12].
Cette consommation d’oxygène post-exercice suit un mo-
dèle exponentiel avec trois composantes : une composante
rapide et brève, une composante lente pouvant durer deux à
trois heures et une composante ultra-lente de 12 à 24 heures
[2,14,19]. Cet excès de consommation d’oxygène pendant la
période de récupération varie en fonction de plusieurs fac-
teurs dont la durée et l’intensité de l’exercice [1,2,6,12],
l’aptitude physique du sujet [21] et l’environnement [8].
Cependant, peu de travaux ont prêté attention à l’étude de
l’influence de l’aptitude physique et/ou de la discipline spor-
tive pratiquée par l’athlète sur l’EPOC [9,11,21]. Actuelle-
ment, il existe des incertitudes en ce qui concerne l’influence
du niveau d’aptitude physique aérobie sur l’EPOC. Selon
Sedlock [20], la durée et l’amplitude de l’EPOC sont compa-
rables chez des sujets entraînés en l’endurance et des séden-
taires. Cependant, l’intensité et la durée de l’exercice réali-
sées dans cette étude étaient probablement trop faibles pour
mettre en évidence les différences significatives entre les
sujets (50 % de VO
2
max pendant environ 30 minutes).
Or, ces résultats sont discutés par Chad et Quigley [9], qui
ont pu montrer que des sujets entraînés ont des EPOC plus
élevés que des sédentaires. Dans cette étude, l’intensité de
l’exercice s’élevait à 70 % de la VO
2
max.
Ainsi, le but de ce travail est d’étudier l’EPOC chez des
sujets entraînés et des sujets sédentaires, en particulier les
composantes rapides et lentes de la courbe de VO
2
et l’évo-
lution de la lactatémie au cours de la récupération après des
exercices supramaximaux intermittents.
2. Matériel et méthodes
2.1. Sujets
L’étude a porté sur 14 sujets sains et volontaires dont sept
entraînés (footballeurs) et sept sédentaires. Les caractéristi-
ques morphologiques et physiologiques des sujets sont repré-
sentées dans le Tableau 1. Les footballeurs sont de niveau
régional et suivent un entraînement hebdomadaire de dix
heures. Les sujets sédentaires sont des lycéens pratiquant une
séance de deux heures d’éducation physique par semaine.
2.2. Matériel
Nous avons utilisé un dispositif d’analyse cycle à cycle
(MedGraphics /CPX, USA) pour mesurer les différents para-
mètres respiratoires (VO
2
, VCO
2
, VE et QR).
L’exercice était effectué sur un ergocycle
(MedGraphics/Excalibur, USA).
L’enregistrement en continu de la fréquence cardiaque
(FC) était assuré à l’aide d’un sportester (Polar, Finlande).
Le dosage du lactate était effectué par méthode enzymati-
que à l’aide d’un appareil de type Microzym-L (France).
2.3. Protocole expérimental
Les sujets ont réalisé, lors de la première visite, une
épreuve triangulaire à paliers progressifs d’une minute
jusqu’à épuisement [25]. Ceci afin de déterminer la consom-
mation maximale d’oxygène (VO
2
max) et la puissance
maximale aérobie (PMA).
Quarante-huit heures après ce test, chaque sujet a effectué
une épreuve destinée à mesurer le temps limite à une intensité
égale à 120 % de la PMA. Cette épreuve était réalisée après
un échauffement de cinq minutes à 50 % de la VO
2
max.
Lors de la troisième visite, après le même type d’échauf-
fement, chaque sujet a réalisé trois répétitions d’un exercice
dont la durée était de 60 % du temps limite et dont la
puissance de 120 % de la PMA, entrecoupées par deux
périodes de récupération de cinq minutes et suivi à la fin
d’une récupération de 20 minutes (Fig. 1).
2.4. Paramètres mesurés
La consommation d’oxygène (VO
2
) et d’autres paramè-
tres ventilatoires (VCO
2,
VE) ainsi que la fréquence cardia-
Tableau 1
Caractéristiques morphologiques et physiologiques des sujets
Entraînés Sédentaires p
n77
A
ˆge (années) 20 ± 1,5 19 ± 1,5 NS
Poids (kg) 68 ± 2,5 63 ± 5 0,05
Taille (cm) 176 ± 4,5 173 ± 5 NS
% de graisse 10,7 ± 2,1 10,2 ± 1,5 NS
PMA (watts) 258,5 ± 14 232 ± 29 0,05
VO
2
max ml/kg par minute 56,5 ± 2,5 42,1 ± 2 0,001
Fig. 1. Représentation schématique du protocole expérimental.
184 N. Gmada et al. / Science & Sports 19 (2004) 183–188

que (FC) ont été mesurés en continu au cours de l’exercice et
pendant la récupération.
La concentration sanguine de lactate a été mesurée au
début et à la fin de chaque exercice et pendant la récupération
de 20 minutes. Le sang a été prélevé au bout des doigts à
différents instants (t):t
0
,t
1
,t
2
,t
3
,t
4
,t
5
,t
6
,t
7
,t
8
et t
9
(Fig. 1).
2.5. Calculs mathématiques et statistiques
2.5.1. Calculs mathématiques
Nous avons utilisé le calcul d’intégral (méthode des trapè-
zes) pour la détermination de l’EPOC. L’excès de consom-
mation d’oxygène après l’exercice chez un sujet donné est
représenté par la surface en dessous de la courbe de la VO
2
en
fonction du temps. À chaque instant t, la valeur de VO
2
de
repos était soustraite de la valeur de VO
2
mesurée.
Ainsi, nous avons calculé l’EPOC (en litre) à partir de la
formule suivante :
EPOC (I)=tn−t0
2n
冋
f(t0)+f(tn)+2
兺
k=1
n−1
f(tk)
册
Avec :
t
0
: instant qui correspond au pic de VO
2
de fin d’exercice
t
n
: instant qui correspond à la dernière valeur de VO
2
en
fin de récupération
n: nombre de périodes de cinq secondes pendant la récu-
pération
La baisse de la lactatémie (DLa) correspond à la diffé-
rence entre la valeur maximale de la lactatémie après le
troisième exercice et la lactatémie minimale mesurée à la 20
e
minute de la récupération.
2.5.2. Calculs statistiques
Nous avons utilisé le test de Student (échantillons non
appareillés) pour tester la signification des différences inter-
groupes. Des analyses de variance à un facteur avec mesures
répétées ont été appliquées pour comparer l’EPOC au cours
des trois périodes de récupération de cinq minutes au sein de
chaque groupe.
Le test de Student (échantillons appareillés) a été appliqué
pour comparer deux à deux les échantillons. Le traitement
statistique a été assuré par un logiciel de type « Statview ». La
signification statistique des résultats était fixée à partir de
5 %. Les valeurs sont représentées par la moyenne ± l’écart
type.
3. Résultats
Le Tableau 1 présente les caractéristiques morphologi-
ques et physiologiques des sujets. L’âge, la taille et le pour-
centage de la masse grasse sont comparables dans les deux
groupes, alors que le poids (p< 0,05), la PMA (p< 0,05) et la
VO
2
max (p< 0,001) sont significativement différents.
À chaque exercice, les valeurs moyennes de puissance
étaient de 310 ± 14 watts pour les sujets entraînés et de
280 ± 35 watts pour les sédentaires (p< 0,05). La durée
moyenne de l’exercice était respectivement de 102 ± 20 et
73 ± 21 secondes chez les entraînés et les sédentaires
(p< 0,01).
L’excès de consommation d’oxygène post-exercice me-
suré lors de la récupération de cinq minutes (EPOC
5min
)
augmente significativement chez les sujets entraînés
(p< 0,01), alors qu’il reste stable chez les sujets sédentaires
(Fig. 2).
La Fig. 3 montre l’évolution de la consommation d’O
2
pendant la récupération de 20 minutes. L’analyse de la
courbe de récupération de VO
2
montre deux phases, une
première phase rapide et une deuxième phase lente. Les
sujets entraînés ont une première phase significativement
plus rapide que celle des sujets sédentaires (p< 0,01). En
revanche, au cours de la deuxième phase, la récupération est
similaire chez les deux groupes (Tableau 2).
Fig. 2. Évolution de l’EPOC au cours des trois périodes de récupération de
cinq minutes chez les sujets entraînés et sédentaires (** p< 0,01).
Fig. 3. Évolution de la consommation d’oxygène (l/min) chez les sujets
entraînés et sédentaires au cours de la récupération de 20 minutes.
185N. Gmada et al. / Science & Sports 19 (2004) 183–188

La Fig. 4 montre que le pic de lactate est observé à la 7
e
minute (t
7
) après le troisième exercice pour tous les sujets
dans les deux groupes. Par ailleurs, Les valeurs maximales de
la lactatémie sont comparables chez les deux populations
(entraînés : 13,1 ± 0,8 mmol/l ; sédentaires :
13 ± 0,5 mmol/l).
Il existe une relation linéaire entre EPOC
20min
et DLa
(r= 0,94 ; p< 0,01 ; Fig. 5). De plus, les sujets entraînés ont
des valeurs d’EPOC
20min
significativement plus élevées que
celles des sédentaires (5,7 ± 1,2 l vs 3,3 ± 1,1 l ; p< 0,05). De
même, la baisse de la lactatémie est plus importante chez les
sujets entraînés que chez les sujets sédentaires (5,3 ± 0,8 vs
2,7 ± 0,7 mmol/l ; p< 0,01).
4. Discussion
Cette étude montre principalement qu’au décours d’une
série d’exercices supramaximaux individualisés, l’EPOC
5min
augmente significativement chez les sujets entraînés, alors
qu’il reste stable chez les sédentaires. De plus l’EPOC
20min
est plus élevé chez les entraînés par rapport aux sédentaires.
Pour l’ensemble des deux groupes de sujets, l’EPOC
20min
est
corrélé à la baisse de la lactatémie.
L’intensité et la durée de l’exercice constituent les fac-
teurs essentiels de variabilité de l’EPOC [1,2,6]. L’intensité
(exprimée en % par rapport à la PMA) et la durée de l’exer-
cice (exprimée en % par rapport au temps limite) constituent
les paramètres d’individualisation de l’exercice [5,15]. Les
valeurs comparables de la lactatémie maximale (t
7
) témoi-
gnent de cette individualisation (Fig. 4).
L’augmentation significative de l’EPOC
5min
chez les su-
jets entraînés peut s’expliquer par l’accroissement de la VO
2
à la fin de chaque exercice. Les sujets sédentaires ayant des
VO
2
de fin d’exercice stables ne présentaient pas d’augmen-
tation d’EPOC
5min
. Ces résultats concordent avec ceux de
Tomlin et Winger [23] qui ont suggéré qu’après un exercice
supramaximal intermittent, les sujets entraînés montrent des
valeurs de VO
2
de fin d’exercice significativement plus éle-
vées que celles des sédentaires. Par ailleurs, Green et al. [13],
ont montré que l’augmentation de la consommation d’O
2
observée au cours d’un exercice supramaximal intermittent
est liée essentiellement à l’augmentation du débit sanguin et
à l’extraction musculaire d’O
2
. Cependant, ces travaux n’ont
pas étudié l’influence du niveau d’aptitude physique sur
l’amplitude d’augmentation de la VO
2
au cours des répéti-
tions d’exercices supramaximaux.
À notre connaissance, peu d’auteurs ont étudié l’influence
du niveau d’aptitude physique sur l’EPOC. Chad et Quigley
[9] ont observé des EPOC plus élevés chez des sujets entraî-
nés en comparaison avec des sédentaires (après un exercice
Tableau 2
Pourcentages de récupération de la VO
2
au cours de la récupération 20 minutes
Phase rapide Phase lente
1
re
minute 2
e
minute 10
e
minute 20
e
minute
Entraînés 75 ± 12,5 80,7 ± 12,3 94,5 ± 5,6 98,5 ± 3,5
Sédentaires 59,5 ± 10,5 86,7 ± 7,5 97 ± 2,5 99 ± 2,5
p0,01 NS NS NS
Les valeurs sont exprimées en pourcentage par rapport à la valeur maximale de VO
2
de fin d’exercice (X
max
). Le pourcentage de récupération de la VO
2
est
calculé selon la formule : X
max
–X
t
/X
max
–X
référence
× 100 (Sébert et al. 1995).
Avec X
max
= valeur maximum de VO
2
observée en fin d’exercice
X
t
= valeur de VO
2
observée au temps t(1 minute, 2 minutes, 10 minutes et 20 minutes)
X
référence
= valeur de VO
2
de repos
Fig. 4. Cinétiques de la lactatémie au décours et après les trois exercices
supramaximaux chez les sujets entraînés et sédentaires ( E1, E2 et E3
indiquent respectivement la fin du 1
er
,2
e
et 3
e
exercice ; ** p< 0,01).
Fig. 5. Relation EPOC
20min
–(DLa) chez les sujets entraînés (•) et sédentai-
res (m).
186 N. Gmada et al. / Science & Sports 19 (2004) 183–188

de 30 minutes à 50–70 % de VO
2
max). Ces auteurs ont
montré que l’EPOC calculé sur une période de trois heures
était plus élevé chez les entraînés que les sédentaires. Ceci a
été attribué à des valeurs de consommation d’oxygène de fin
d’exercice plus élevées chez les entraînés, et donc à une
contribution plus importante du métabolisme aérobie [3,13].
Plusieurs auteurs ont montré que l’entraînement aérobie
s’accompagne de modifications des facteurs centraux d’ap-
port en oxygène (débit cardiaque en particulier) et des fac-
teurs périphériques d’utilisation de l’oxygène (densité capil-
laire, volume mitochondrial, activité enzymatique
oxydative...) [10,17]. Ces modifications peuvent être accom-
pagnées par une régulation plus efficace du métabolisme [7]
qui peut se manifester par une récupération plus rapide chez
les sujets entraînés par rapport aux sédentaires.
La décroissance plus rapide de la VO
2
lors de la première
phase de récupération chez les sujets entraînés par rapport
aux sédentaires concorde avec les résultats de Frey et al. [11]
et Short et Sedlock [21]. Ces auteurs ont suggéré qu’au cours
de cette première phase ou phase « alactique », les sujets
entraînés régénèrent plus rapidement leurs réserves d’oxy-
gène et de phosphagènes que les sédentaires.
La deuxième phase lente de la récupération ou phase
« lactique » était sensiblement similaire chez les deux grou-
pes lorsque les valeurs sont exprimées en pourcentage par
rapport à la valeur maximale de VO
2
de fin d’exercice (Ta-
bleau 2). Lorsque l’on compare les valeurs brutes de VO
2
, les
sujets entraînés présentent des valeurs légèrement plus éle-
vées que les sédentaires (Fig. 3). Ces résultats concordent
avec ceux de Chad et Quigley [9].
En accord avec les travaux de Bahr et al. [2], nos résultats
ont montré une relation linéaire entre l’EPOC
20min
et (DLa)
chez les deux groupes de sujets. Dans une étude plus récente,
les travaux de Binzen et al. [6] ont montré, chez des sujets
moyennement entraînés, qu’après un exercice maximal, le
retour de la consommation d’oxygène vers les valeurs de
repos est accompagné par une baisse très significative du
lactate sanguin. Ce retour est observé vers la 90
e
minute
après l’exercice aussi bien pour la consommation d’oxygène
que pour le lactate.
Par ailleurs, les valeurs d’EPOC
20min
plus élevées chez les
entraînés peuvent être expliquées par une baisse plus impor-
tante de la lactatémie [4]. Une déplétion de glycogène
[18,24] et une production plus élevée de catécholamines
[16,22], en rapport avec des puissances et des durées d’exer-
cices plus élevées, pourraient aussi expliquer cet EPOC
20min
plus important chez les sujets entraînés par rapport aux sé-
dentaires.
En conclusion, cette étude a montré qu’au décours d’une
série d’exercices supramaximaux individualisés, l’EPOC
5min
augmente significativement chez les sujets entraînés alors
qu’il reste stable chez les sédentaires. Ceci témoigne d’une
contribution plus importante du métabolisme aérobie chez
les sujets entraînés par rapport aux sédentaires. De plus,
l’EPOC
20min
est plus élevé chez le groupe entraîné que le
groupe sédentaire. Il est significativement corrélé avec la
baisse de la lactatémie.
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