intérêt de la mesure de la ventilation pour l’estimation de la dépense énergétique

a. Hypothèse et but de l’étude

L’hypothèse de l’étude était que lors d’activités physiques de différentes intensités,_E est plus fortement corrélée à_O2 que FC. Le but de notre première étude était donc de comparer les relations O_ 2 = f (_E) et _O2 = f (FC) au cours d’activités physiques de différentes intensités et de montrer l’intérêt deE pour estimer la dépense énergétique.

b. Réflexion sur le protocole expérimental

Au cours de l’activité marche avec charge, nous avons choisi d’appliquer un poids de 10 kg à chacun des sujets. Cette charge correspond au poids d’un sac à dos transportant des livres ou un ordinateur portable en condition de vie quotidienne. En effet, notre protocole expérimental avait pour objectif de simuler des intensités et des activités de la vie quotidienne, qui pour la plupart sont des activités d’intensité légère à modérée, effectuées dans un ordre aléatoire pendant des courtes durées (Ainsworth et al., 2000). C’est pour ces raisons que les activités de marche avec et sans charge ont été caractérisées par une durée et une pente sélectionnées par le sujet. Les mêmes raisons nous ont poussés à caractériser l’exercice intermittent par des durées aléatoires.

L’intensité de chaque exercice de marche et de chaque exercice intermittent était définie à partir de O_ 2moy. Cette méthodologie a été respectée pour toutes les durées d’exercice (1min, 3 min, 6min et exercice intermittent). Le calcul de O_ 2moy a été réalisé en respectant la même méthodologie que le calcul des coefficients de détermination (r²). En effet, ces valeurs ( O_ 2moy et r²) ont toutes les deux été calculées sur le temps total d’exercice. Cependant, cette approche nous a contraints à séparer l’ensemble des exercices en deux grands groupes. Le premier groupe était composé d’exercices présentant un état stable de consommation d’oxygène (marche de 3 et 6 min). Les périodes de transition et d’état stable étaient prises en compte pour calculer O_ 2moy. Le deuxième groupe était composé par les exercices sans état stable de consommation d’oxygène (marche d’une minute et exercice intermittent). L’ensemble des variations de_O2était pris en compte pour calculer O_ 2moy. c. Présentation et discussion des principaux résultats

Les valeurs des coefficients de détermination (r²^session, r²^sujet) montrent que_E est plus fortement corrélée à_O2 que FC (Tableau 7, Tableau 8). En effet dans les quatre groupes d’activité (Tableau 7), les r²^session des régressions linéaires de la relationO2 = f (_E) étaient significativement plus élevés que ceux obtenus à partir de la relation_O2 = f (FC).

Tableau 7 : Intensité (O2moy, %O2max, E moy, FC moy) et coefficients de détermination (r²session) des relationsO2 = f (E) etO2 = f (FC). Les données sont moyennées (± SD)

Partie 1: Activité physique avec atteinte d’un état stable de consommation d’oxygène

Intensités r²session

Partie 2: Activité physique sans état stable de consommation d’oxygène

Intensités r²session - O2moy: Consommation moyenne d’oxygène (l.min^-1), SD: Déviation Standard, %O2max: Pourcentage de la consommation maximale d’oxygène, Emoy : Ventilation moyenne (l.min^-1), FCmoy : Fréquence cardiaque moyenne (batt.min^-1),O2: Consommation d’oxygène (l.min^-1), E: Ventilation (l.min^-1), FC: Fréquence cardiaque (batt.min^-1), I : intensité.

(*) et (**) indique respectivement p < 0.05 et p < 0.01.

Les intensités moyennes des activités étudiées sont situées entre 24.2 et 47.1% de O_ 2max, correspondant à des intensités faibles ou modérées d’exercice. En effet, une intensité faible d’exercice correspond à un niveau d’intensité situé entre 1 et 3 METs ou inférieur à 45% de _O2max, et une intensité modérée d’exercice correspond à un niveau d’intensité situé entre 3 et 6 METs ou inférieur à 60% de O_ 2max (Friedlander et al., 2007; Smith et Morris 1992; Swain et Franklin 2006).

Les r²^sujet de la relation O_ 2 = f (_E) étaient toujours plus élevés que pour la relation_O2 = f (FC), à l’exception des sujets 2 et 3 (Tableau 8). La valeur moyenne de r²^sujet de la relation O_ 2 = f (_E), était significativement plus élevée que celle obtenue à partir de la relation_O2 = f (FC) (p<0.05).

Tableau 8 : Coefficients de détermination (r²sujet) des relationsO2 = f (E) etO2 = f (FC), par sujet sur le temps totale des sept sessions d’activité

Coefficients de détermination : r²sujet

Fréquence cardiaque (batt.min^-1), SD: Déviation Standard - Différence significative entre les r²sujet (*: p<0.05)

La Figure 71 représente graphiquement les régressions linéaires des relations_O2 = f (_E) et O_ 2 = f (FC) pour les quatre différents groupes d’activités.

Figure 71 : Régressions linéaires (r², p et ESE : erreur standard d’estimation) des relationsO2 = f (E) etO2 = f (FC) de l’ensemble des données du groupe 1 (marche avec et sans charge, durée 3 minutes, 20 marches), du groupe 2 (marche avec et sans charge, durée 6 minutes, 26 marches), du groupe 3 (marche avec et sans charge, durée 1 minute, 22 marches) et du groupe 4 (exercice intermittent, 12 exercices)

Notre étude est la première à montrer que^E est plus fortement corrélée à_O2 que FC, plus particulièrement aux cours d’activités physiques d’intensités faibles à modérées. Ces résultats confirment l’hypothèse initialement posée. Pour valider notre hypothèse, nous avons choisi de caractériser les relations O_ 2 = f (_E) et O_ 2 = f (FC) par une régression linéaire.

En 1967, Saltin et Astrand montrent lors d’un exercice progressif, que l’augmentation de^E en relation avec O_ 2 est semi-linéaire, la progression deE devenant relativement plus importante que celle de O_ 2 lorsque l’intensité d’exercice devient élevée. Une augmentation exponentielle de_E est en effet observée pour des intensités d’exercice supérieures à 65% de_O2max. D’autre part, Davis et al.

observent chez des sujets âgés de 30 ans, des valeurs de seuil ventilatoire 1 correspondant à 58.6 ± 5.8% (moyenne ± SD) de_O2max (Davis et al., 1976). Dans notre étude, l’intensité de chacune des activités des sujets se situait à un niveau inférieur à 65% de_O2max et les intensités moyennes de l’ensemble des activités des sujets sont proches de l’intensité correspondant au seuil ventilatoire 1 (SVmoy = 48 ± 4.53% (moyenne ± SD) de_O2max). Par conséquent, les valeurs de_E et O_ 2 restent localisées dans la partie linéaire de la courbe (< à 65% de_O2max). Enfin, les valeurs de_E, observées dans notre étude, sont en accord avec l’étude de Durnin et Edwards (1955) qui montre que pour des niveaux de ventilations inférieures à 50 l.min^-1, O_ 2 est directement proportionnelle à^E. Les valeurs de_E de notre première étude sont respectivement de 30.25 l.min^-1 (±10.22), 30.69 l.min^-1 (±12.27), 23.64 l.min^-1 (±6.53) et 46.03 l.min^-1 (±4.74) pour les groupes 1, 2, 3 et 4.

La relation O_ 2 = f (FC) est également caractérisée par une relation linéaire. Cette relation est très largement acceptée pour des activités physiques progressives, sollicitant une masse musculaire importante, pendant une période suffisante pour entraîner des adaptations des systèmes cardiovasculaires et ventilatoires (Astrand et Ryhming 1954). Ainsi, une relation linéaire existe entre O_ 2 et FC, pour des intensités situées entre 30 et 70% de O_ 2max. Les niveaux d’activités moyens observés dans notre étude (de 24.2 à 47.08% de_O2max) se situent donc dans la partie linéaire de la relation. Néanmoins, au cours d’activités de faibles et très hautes intensités, la relation devient non -linéaire (Achten et Jeukendrup 2003).

C’est donc pour les raisons évoquées précédemment que nous avons choisi d’utiliser une régression linéaire pour comparer les deux relations_O2 = f (_E) et O_ 2 = f (FC) pour l’ensemble des activités physiques réalisées par les sujets de notre étude. Nous sommes conscients que de nombreuses études ont déjà exploré la relation O_ 2 = f (_E) (Koyal et al., 1976; Mahler et al., 1991; Takano 1993) et la relation _O2 = f (FC) (Garet et al., 2005; Kurpad et al., 2006; Li et al., 1993; Livingstone et al., 2000; Spurr et al., 1988) au cours d’activités de différentes intensités. Cependant, la comparaison de ces études s’avère difficile en raison des protocoles expérimentaux différents et de l’hétérogénéité des populations testées. Notre étude est la première à comparer les deux relations_O2 = f (_E) et O_ 2 = f (FC) au cours du même protocole expérimental.

Le résultat le plus intéressant de cette première étude est que les r²^session de la relation O_ 2 = f (E) sont significativement plus élevés que les r²^session de la relation O 2 = f (FC) pour les groupes 1, 2, 3 et 4 (Tableau 7). Ce résultat est observé pour les exercices en état stable de consommation d’oxygène (marche avec ou sans charge d’une durée de 3 ou 6 min), et au cours des exercices sans état stable de consommation d’oxygène (marche avec ou sans charge d’une minute ou exercice intermittent). Un autre résultat intéressant est observé lorsque les différentes activités des sujets sont

regroupées (marche sans charge + marche avec charge + exercice intermittent). Ainsi, pour 10 des 12 sujets, le coefficient de détermination r²^sujet de la relation O_ 2 = f (_E) était plus élevé que le r²^sujet de la relation O_ 2 = f (FC) (Tableau 8). Enfin, le coefficient moyen de la relation O_ 2 = f (_E) était également significativement plus élevé que le coefficient moyen de la relation _O2 = f (FC) (Tableau 8).

Les différences de r²^session et r²^sujets des relations O_ 2 = f (_E) et O_ 2 = f (FC) s’expliquent probablement par des différences au niveau des mécanismes de contrôle de^E et FC (Mateika et Duffin 1995; Strange et al., 1993; Whipp et Ward 1982). De nombreuses études ont montré que_E est en partie contrôlée parCO2 (Adams et al., 1984; Strange et al., 1993; Wasserman et al., 1990; Whipp et Ward 1982). Pour autant il existe une étroite relation entre l’augmentation de^E et celle de_O2 ce qui autorise selon nous l’utilisation deE comme témoin deO2 (Durnin et Edwards 1955; Ford et Hellerstein 1959). Deux paramètres physiologiques peuvent en effet varier étroitement l’un par rapport à l’autre, sans pour autant que l’évolution de l’un soit contrôlée par l’évolution de l’autre. La même réflexion peut être menéeà propos de la relation liant_O2 et FC ( O_ 2 = (FC × V^es) × (C^aO2 - CvO2)).

En effet, la fréquence cardiaque n’est pas régulée par_O2, mais par d’autres facteurs tels que le système nerveux autonome (fibres sympathiques et parasympathiques) ou par des substances chimiques (catécholamines). Pourtant, de nombreuses études (Garet et al., 2005; Hiilloskorpi et al., 2003; Kurpad et al., 2006; Li et al., 1993; Livingstone et al., 1992; Livingstone et al., 1990) se sont intéressées à la relation liant_O2 et FC pour estimer la dépense énergétique, à partir de la mesure de FC, au cours d’activités de différentes intensités. Au vue des études précédemment menées, il est donc légitime de s’intéresser à^E comme indice de O_ 2 ( O_ 2 = _E × (FIO2 - FEO2)) et de dépense énergétique. Néanmoins, à ce jour, aucune étude n’a permis de montrer, sur le plan strictement physiologique, l’intérêt préférentiel d’utiliser FC comparativement àE pour estimer O_ 2.

Conclusion : De nombreux arguments semblent montrer que_E est un paramètre mieux corrélé à_O2 que FC, en particulier au cours d’activités d’intensités faibles à modérées (Durnin et Edwards 1955; Ford et Hellerstein 1959; Myrtek et Spital 1986; Roth et al., 1990; Rousselle et al., 1995; Siconolfi et al., 1984; Turner et Carroll 1985). Il est par conséquent légitime de penser qu’une relation entre_E et O_ 2 pourrait être établie pour estimer une dépense énergétique à partir de la seule mesure de_E. En effet, Durnin et Edwards, indiquent que la mesure de_E est particulièrement intéressante pour des niveaux inférieurs à 50 ^l.min-1, c’est-à-dire, lorsque_O2 est directement proportionnelle à^E. Les auteurs suggèrent également la construction d’une régression linéaire entre_E et DE pour chacun des sujets. La construction de cette relation individuelle (_E = f (DE)) est importante car elle s’étend sur la grande majorité des activités physiques de la vie quotidienne. Il serait alors intéressant de développer un nouvel appareil léger, portable et non invasif de mesure de_E sans l’utilisation d’un masque facial. Cet appareil portable permettrait de mesurer_E en condition de vie quotidienne (intensités d’exercices faibles à modérées). Actuellement, il est envisageable de mesurer avec précision V^T, TI et TEà partir d’un appareil non-invasif utilisant le couplage de 4 magnétomètres (McCool et al., 2002). C’est à partir des travaux de McCool et al. (2002) que nous avons élaboré un nouveau système d’estimation de^E. L’objectif des études suivantes était donc de développer un appareil plus léger et portable qui permettrait in fine d’estimer une dépense énergétique en condition de vie quotidienne à partir de l’estimation de la ventilation.

Etude 2 : un nouvel appareil portable et non invasif d’estimation de la