1. Contexte
On considère que le choix de la cadence de pédalage en cyclisme est un facteur déterminant de la performance puisque le coût énergétique est modifié par la fréquence de la contraction des muscles locomoteurs (Chavarren et Calbet, 1999). Cependant, le rôle de la disponibilité en O2 au niveau musculaire et cérébral dans les modifications de performance lors d’un changement de cadence de pédalage n’a, à notre connaissance, pas été étudié.
Une modification de la durée de la phase de relaxation, comme c’est le cas lorsque la fréquence de contraction musculaire est changée, pourrait modifier M. Lorsque la fréquence de contraction musculaire est augmentée, certaines études ont montré que M diminuait (Bellemare et al., 1983 ; Hoelting et al., 2001 ; Hussain et al., 1989) alors que d’autres études ont montré que M augmentait (Ferguson et al., 2001 ; Osada et Radegran, 2002 ; Quaresima
et al., 2001 ; Sjogaard et al., 2002). Les modalités d’exercice utilisées dans ces travaux étaient
des exercices d’extension du genou ou de flexion plantaire. La masse musculaire mise en jeu lors de ces exercices est donc relativement faible et les réponses lors d’exercices mobilisant une plus grande masse musculaire pourraient être différentes (Boushel et Saltin, 2013). D’autre part, une augmentation de la sympathoexcitation à cadence élevée pourrait avoir une incidence sur l’approvisionnement sanguin cérébral en modifiant la relation entre la pression artérielle et la circulation cérébrale (Ogoh et al., 2008), ou en permettant la redistribution entre la circulation systémique et la circulation cérébrale (Ogoh et al., 2005).
La conséquence de cette variation de M et/ou Céréb (réduction ou augmentation) induite par une élévation de la cadence de pédalage pourrait être une modification de l’apport d’O2 au muscle et au cerveau et donc de la disponibilité en O2 au niveau des myocytes et au niveau cortical. Cela pourrait avoir des conséquences sur les réponses à l’exercice et en particulier sur la consommation d’O2 puisque celle-ci peut être dépendante de la quantité d’O2
physique aérobie est en grande partie limitée par quantité d’O2 disponible au niveau des muscles en activité (Wagner, 1996). De plus, le rôle de la disponibilité en O2 au niveau cérébral dans la performance a été souligné (Amann et Calbet, 2008 ; Oussaidene et al., 2013 ; Subudhi et al., 2008). Dans la mesure où la disponibilité en O2 au niveau musculaire et cérébral pourrait être modifiée lors d’un exercice à cadence de pédalage élevée, il est possible que la performance, lors de l’exercice intense mené jusqu’à l’épuisement, varie avec la cadence de pédalage en raison des modifications de la demande d’O2 et de la disponibilité en O2.
Enfin, il a été montré que O2 de l’organisme entier était plus élevée à 80, 100 et 120 rpm qu’à 60 rpm chez des cyclistes entraînés (Sacchetti et al., 2010). Dans le même contexte, O2max était significativement différente lors de l’exercice progressif effectué à 40, 60, 80, 100 et 120 rpm chez des cyclistes avec la valeur la plus élevée à 80 rpm (Coast et Welch, 1985). Les conséquences de ces cadences de pédalage élevées sur l’oxygénation musculaire et cérébrale n’ont, à notre connaissance, pas été évaluées chez des sujets entraînés lors de l’exercice intense. D’autre part, la performance évaluée par le temps de maintien d’exercice est altérée avec l’augmentation de la cadence de pédalage chez des sujets ayant différents niveaux d’entraînement (Hill et Vingren, 2012 ; McNaughton et Thomas, 1996 ; Nesi et al., 2004 ; Nielsen et al., 2004). Les causes de la fatigue sont en partie liées à la disponibilité en O2 dans la mesure où une élévation de la quantité d’O2 au niveau musculaire induite par l’hyperoxie permet d’augmenter le temps de maintien d’exercice (Adams et Welch, 1980 ; Ekblom et al., 1975 ; Linossier et al., 2000 ; Plet et al., 1992 ). Il convient donc d’examiner l’évolution du niveau d’oxygénation musculaire et cérébral lors d’un exercice mené jusqu’à l’épuisement chez des sujets sédentaires et chez des sujets entraînés.
Par ailleurs, bien qu’il a déjà été montré que la déoxygénation musculaire est hétérogène au sein d’un même muscle lors de l’exercice de pédalage (Kime et al., 2005 ; Koga et al., 2007 ; Koga et al., 2011 ; Prieur et al., 2010), à notre connaissance, aucune étude n’a examiné l’effet de la fréquence des contractions musculaires sur l’hétérogénéité de l’oxygénation musculaire. Dans ce contexte, il convient de décrire la déoxygénation musculaire lors d’exercices effectués à une faible cadence et à une cadence élevée afin
d’identifier dans quelle mesure la fréquence de contraction pourrait modifier l’hétérogénéité de la déoxygénation musculaire.
2. Objectif principal
Dans ce contexte, il nous apparait essentiel d’approfondir les connaissances sur les effets de la cadence de pédalage sur les réponses musculaires et cérébrales à l’exercice pour plusieurs raisons. Tout d’abord, le choix de cadences de pédalage pourrait avoir des conséquences sur l’approvisionnement en O2 du muscle et du cerveau. Etant donnée l’importance de la disponibilité en O2 au niveau musculaire et cérébral sur les réponses à l’exercice et la performance en cyclisme, il convient d’examiner les effets de la cadence de pédalage sur l’oxygénation musculaire et cérébrale. Il s’agit donc ici d’un aspect appliqué du travail consistant principalement à évaluer le lien entre la cadence de pédalage, la performance et l’oxygénation musculaire et cérébrale chez différentes populations (non entraînés et entraînés à l’endurance). D’autre part, il nous semble important d’approfondir les connaissances concernant les facteurs limitant l’exercice afin d’optimiser la performance sportive dans la mesure où le choix de la cadence de pédalage est un élément déterminant de la performance.
3. Problématique et hypothèses
L’objectif de la première étude était d’évaluer l’hétérogénéité de la déoxygénation du
vastus lateralis lors d’un exercice de pédalage à charge constante effectué dans le domaine
d’intensité modérée à 40 et 100 rpm. Nous avons émis l’hypothèse suivante :
Il y aurait une plus grande hétérogénéité de HHb à cadence élevée, reflétant une plus grande hétérogénéité du rapport O2M/ O2M dans la région d’intérêt.
Pour la deuxième et la troisième étude, l’objectif était de suivre l’oxygénation du muscle vastus lateralis et du cortex préfrontal chez des sujets non entraînés ainsi que chez des triathlètes lors d’un exercice intense mené jusqu’à épuisement à 40 et 100 rpm à l’aide d’un système NIRS. Nous avons émis les hypothèses suivantes :
Le temps avant la survenu de l’épuisement serait plus long à 40 qu’à 100 rpm chez les sujets non entraînés ainsi que chez les triathlètes.
L’épuisement et la fatigue ne seraient pas liés à l’extraction d’O2 au niveau musculaire chez les deux populations.
L’oxygénation au niveau cérébral serait réduite à cadence de pédalage élevée indépendamment du niveau d’entraînement des sujets.