Détermination de la contribution des systèmes d'énergie pendant l'exercice

Bonjour, je suis le Dr Emerson Frank. Notre équipe montre comment déterminer les systèmes énergétiques dans les sports difficiles à reproduire dans des environnements contrôlés, comme les laboratoires de physiologie de l'exercice. Chaque sport possède des caractéristiques spécifiques qui lui confèrent des exigences métaboliques différentes.

Un des aspects les plus importants de la demande métabolique est la contribution relative des systèmes énergétiques, à savoir les systèmes aérobie, lactique, anaérobie, lactique et aérobie. Certains sports peuvent être imités assez facilement et donc étudiés en laboratoire, car ils sont cycliques et prévisibles. En revanche, d'autres sports sont imprévisibles et dépendent d'une interaction complexe entre coéquipiers et/ou adversaires.

C'est le cas pour la majorité des sports collectifs ainsi que pour un certain nombre de sports individuels. Nous allons montrer ici comment la contribution relative des systèmes énergétiques peut être évaluée pendant l'exercice. Bien que la méthode convienne à tout type d'exercice, nous insisterons sur son adaptation à des parties imprévisibles en raison de ses caractéristiques particulières.

Le judo sera utilisé comme exemple pour montrer comment la procédure peut être adaptée. Selon les mouvements de l'athlète, les recherches portant sur d'autres sports peuvent facilement s'adapter à cette procédure. En se basant sur ce qui est montré ici, les variables physiologiques suivantes seront évaluées.

Repos, consommation d'oxygène, exercice, consommation d'oxygène, post-exercice, consommation d'oxygène, lactate plasmatique au repos, concentration, post-exercice, pic de lactate plasmatique. Tout d'abord, un prélèvement sanguin au repos doit être effectué et la consommation d'oxygène au repos mesurée pendant au moins cinq minutes. La consommation d'oxygène au cours des 30 dernières secondes de cette période est utilisée pour calculer la valeur de base et la contribution du métabolisme oxydatif. Pour le prélèvement sanguin, un volume réduit de sang capillaire est prélevé au niveau du lobe de l'oreille ou du bout du doigt. Après prélèvement, à l’aide d’une micropipette, un volume connu de sang est placé dans un volume équivalent de solution de fluorure de sodium à 1 %. Exercice.

La consommation d'oxygène doit être mesurée à l'aide d'un analyseur de gaz portable, capable de mesurer la consommation d'oxygène cycle respiratoire par cycle respiratoire. Placez le masque et assurez-vous qu'il est correctement scellé afin qu'il n'y ait aucune fuite d'air expiré.

Calibrez toujours l'équipement conformément aux instructions du fabricant avant la collecte des données. Normalement, l'équipement est placé à l'arrière de l'athlète. Toutefois, dans les sports complexes, la position de l'équipement doit être adaptée à l'aide du judo.

Par exemple, si la technique exige un contact dorsal, l'équipement est placé au niveau de la poitrine. Si la technique exige un contact frontal, l'équipement est placé au niveau du dos. Il en va de même si le dos touche le sol.

Si la technique exige un contact latéral, l'équipement est placé du côté latéral opposé. Avec quelques adaptations aux règles de compétition, il est possible de créer un exercice soumettant l'athlète à une demande très similaire à celle du sport. Par exemple, ici, nous simulons un combat de judo afin d'éviter tout dommage à l'équipement.

L'adversaire n'applique aucun lancer efficace. De plus, l'athlète évalué ne peut pas exécuter de lancer nécessitant un contact dorsal. Une fois la collecte des données terminée, nous serons prêts à commencer les procédures de calcul de la contribution énergétique.

Voyons comment procéder. Tout d'abord, il faut mesurer le lactate plasmatique : centrifuger le sang pour séparer le plasma des érythrocytes. Ensuite, le lactate plasmatique peut être mesuré par spectroscopie, de manière photométrique, fluorimétrique ou électrochimique.

Dans notre laboratoire, nous utilisons habituellement la méthode électrochimique au moyen d'un analyseur de lactate automatisé. Le résultat s'affiche immédiatement sur un petit écran, puis doit être corrigé par le facteur de dilution. Il s'agit d'une courbe typique de la consommation d'oxygène au repos ou en condition de base, pendant l'exercice et après l'exercice.

En examinant attentivement la courbe post-exercice, il est possible d'observer deux composantes différentes. La composante rapide, la composante lente, permet de calculer la contribution du métabolisme aérobie à l'énergie totale dépensée pendant l'exercice, et de déterminer la valeur de base ou de repos de la consommation d'oxygène. Cela peut être réalisé en calculant la moyenne des dernières 30 secondes de la courbe.

Ensuite, multiplier la valeur obtenue par la durée totale de l'exercice. Par exemple, si la durée de l'exercice était de cinq minutes, multiplier la consommation d'oxygène au repos par cinq. Déterminer la consommation totale d'oxygène pendant l'exercice en calculant l'aire sous la courbe de la consommation d'oxygène durant l'exercice.

Utilisez la méthode trapézoïdale pour calculer la surface sous la courbe. Enfin, soustrayez la consommation d'oxygène de base de la consommation d'oxygène pendant l'exercice. Pour calculer la contribution du métabolisme anaérobie lactique, la cinétique de la courbe post-exercice doit être ajustée à un modèle mono- ou bi-exponentiel.

En utilisant les données obtenues pour chaque respiration, ajustées à une courbe mono-exponentielle et à une courbe bi-exponentielle. Cela peut être réalisé à l'aide d'un logiciel mathématique. Si l'exercice que vous étudiez présente un profil de courbe inconnu, les deux modèles, mono-exponentiel et bi-exponentiel, doivent être testés afin de déterminer lequel s'ajuste le mieux à vos données.

Pour ce faire, utilisez le logiciel pour générer les ajustements mono-exponentiel et bi-exponentiel. Dans le meilleur modèle, la courbe réelle est plus proche de la courbe ajustée. À l'aide des données de la courbe réelle et de la courbe ajustée, calculez le résidu du modèle pour chaque respiration.

Autrement dit, soustraire la valeur ajustée de la valeur réelle et élever le résultat au carré. Après avoir calculé le résidu de chaque point de la courbe pour les ajustements mono-exponentiel et bi-exponentiel, tester si les résidus diffèrent entre les modèles à l'aide du test F. Le meilleur modèle est celui qui produit le résidu le plus faible.

S'il n'existe aucune différence significative entre les modèles, utilisez le modèle le plus simple, à savoir le modèle mono-exponentiel. Enfin, utilisez les termes de l'équation fournie par la courbe la mieux ajustée pour calculer la contribution du métabolisme électrique. À titre d'exemple, voici l'équation correspondant à l'ajustement mono-exponentiel.

Utilisez ces termes pour calculer la contribution élastique anaérobie à l'aide de l'équation suivante. L'amplitude A doit être divisée par 60 afin de convertir l'unité de millilitres par minute en millilitres par seconde. Pour calculer la contribution du métabolisme lactique et anaérobie, nous supposons qu'un millimole de lactate au-dessus des valeurs de repos correspond à trois millilitres d'oxygène consommés par kilogramme de masse corporelle.

Ainsi, le pic de lactate plasmatique delta, correspondant au pic de lactate plasmatique moins le lactate plasmatique au repos, est multiplié par trois et par la masse corporelle de l'athlète. Le résultat en millilitres est ensuite converti en litres puis en énergie, en supposant que chaque litre d'oxygène équivaut à 20,92 kilojoules. Enfin, les résultats obtenus pour chaque système sont additionnés, ce qui permet de déterminer l'énergie totale dépensée pendant l'exercice ainsi que la contribution relative de chaque système au total.

La méthode que nous avons présentée ici peut être utilisée pour des exercices continus et intermittents. Le principal avantage de cette méthode est qu'elle peut être adaptée à des exercices et des sports difficiles à reproduire et à contrôler en laboratoire. De plus, il s'agit de la seule méthode disponible capable d'estimer la contribution des trois systèmes énergétiques différents.

Ainsi, cette méthode permet l'étude des réponses physiologiques avec une grande similitude par rapport à des situations réelles, conférant une validité écologique souhaitable à cette étude. Par exemple, j'ai étudié à partir du test de Wingate, et j'ai confirmé que la source principale d'énergie pendant l'un des tests anaérobies les plus utilisés, le test anaérobie de Wingate, est le métabolisme anaérobie. Plus précisément, à 50 % glycolytique, 30 % alactique et 20 % aérobie.

Des études récentes menées par notre groupe ont également caractérisé les contributions énergétiques de l'escalade en salle, de l'aviron et du judo, comme illustré dans cet exemple. En effet, la connaissance de la contribution énergétique est essentielle pour l'élaboration de stratégies génétiques, l'entraînement, le suivi ou même la validation d'un test.