T1 la puissance maximale aerobie de l'enfant van praagh emmanuel et al by UES 2015

LA PUISSANCE MAXIMALE AÉROBIE DE L'ENFANT (DE 1938 À NOS JOURS) Emmanuel Van Praagh et al. De Boeck Supérieur | Staps 2001/1 - no 54 pages 89 à 108

ISSN 0247-106X

Article disponible en ligne à l'adresse:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------http://www.cairn.info/revue-staps-2001-1-page-89.htm

Pour citer cet article :

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Van Praagh Emmanuel et al.,« La puissance maximale aérobie de l'enfant (de 1938 à nos jours) », Staps, 2001/1 no 54, p. 89-108. DOI : 10.3917/sta.054.0089

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STAPS, 2001, 54, 089-108

IOENERGÉTIQUE ET ACTIVITÉS PHYSIQUES ET SPORTIVES

La puissance maximale aérobie de l’enfant (de 1938 à nos jours) Emmanuel Van Praagh, Eric Doré, Pascale Duché, Christophe Hautier

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Résumé Cette revue a comme objectif . de rapporter les étapes historiques de l’étude de la consommation maximale d’oxygène (VO2 max) chez l’enfant et l’adolescent. Elle révèle, que pendant une trentaine d’années (1938-1970), le matériel et la méthodologie étaient issus d’études faites sur l’adulte. Cependant, depuis cette dernière période le matériel ergométrique et les méthodes de mesure ont davantage tenu compte de la spécificité biologique de l’enfant. . L’évolution de VO2 max chez l’enfant est, entre autres, influencée par l’hérédité, le développement biologique, l’entraînement et l’environnement. L’étude de la littérature ne montre . pas de relation très significative entre la dépense énergétique journalière et VO2 max. Il est de plus en plus admis, que l’amélioration de la puissance maximale aérobie nécessite des contraintes musculaires répétées et relativement intenses afin d’induire . des modifications fonctionnelles durables. Au cours de la croissance, l’amélioration de VO2 max par l’entraînement systématique du système aérobie est indéniable, toutefois certaines études suggèrent que cette « entraînabilité » serait moins manifeste chez l’enfant pré-pubère par rapport à l’adulte. Parmi les arguments avancés citons : 1) des programmes d’entraînement moins . intensifs chez l’enfant ; 2) des valeurs de VO2 max spécifique (ml.kg-1.min-1) souvent déjà élevées chez l’enfant pré-pubère ; 3) l’évolution de certains témoins biologiques (testostérone, GH, IGFI…) qui deviennent fonctionnels au cours de la puberté. La puberté apparaît donc . être une période critique dans l’amélioration de la performance aérobie, sans queVO2 max spécifique n’augmente obligatoirement. A l’opposé, et par rapport à l’adulte, il semble que le jeune organisme se déconditionne de façon moins marquée suite à un manque de contraintes musculaires (inactivité . physique, repos forcé au lit, désentraînement…). Sachant que l’entraînement améliore VO2 max d’environ 10 %, que l’enfant accidentellement maintenu au lit . diminue son potentiel aérobie d’environ 15 %, la plasticité de VO2 max peut être estimée à environ 25 % au cours de la croissance. Des limitations tant d’ordre éthique que méthodologique font que les informations concernant l’adaptation de l’enfant à l’exercice maximal sont encore en retrait par rapport aux observations obtenues chez l’adulte. . Mots-clefs : VO2 max, ergométrie, croissance, maturation, entraînement.

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Université Blaise Pascal-Clermont-Ferrand II, UFRSTAPS, Laboratoire de Biologie des A.P.S.

E. VAN PRAAGH, E. DORE, P. DUCHE et C. HAUTIER

1. PRÉSENTATION DU SUJET

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L’énergie nécessaire pour accomplir un exercice sous-maximal ou maximal prolongé dépend essentiellement du métabolisme aérobie. Des épreuves de demi-fond (2000-3000 m) ou de fond (10 km au Marathon) demandent une aptitude aérobie particulièrement élevée. Or, cette aptitude aérobie est largement multi-factorielle (Noakes, 1988). Il a pu être démontré que deux sujets peuvent présenter des consommations maximales d’oxygène (VO2max) identiques, mais obtenir des performances chronométriques très différentes, pouvant aller jusqu’à plus de trois minutes sur un 10 km (Morgan et al., 1989). Cependant, il s’avère que dans des activités . d’une durée d’environ sept minutes, un VO2 max élevé est une condition nécessaire, mais pas suffisante. Par exemple, le rendement mécanique c’est-à-dire la manière de dépenser son énergie lors d’un déplacement (à quantité d’énergie égale, s’agit-il d’un grand ou d’un faible consommateur ?) est un facteur de performance que l’on doit prendre en considération. L’aptitude aérobie comprend ainsi trois composantes : 1/ *La .puissance maximale aérobie (PMA) ou (VO2 max) 2/ L’endurance ou capacité aérobie 3/ Le coût en oxygène et rendement mécanique *Dans cette revue générale nous nous limiterons à l’étude de la puissance maxi. male aérobie (VO2 max) au cours du développement biologique.

Définitions a/ Au cours d’un exercice sous-maximal, les processus oxydatifs, objectivés par . la consommation d’oxygène (VO2 ), augmentent d’abord progressivement jusqu’à une valeur d’équilibre qui est atteinte vers la quatrième minute. Ce délai est nécessaire pour que le sytème d’échanges gazeux s’adapte et atteigne un niveau de fonctionnement compatible avec le besoin d’échanges gazeux. A partir de ce moment, l’énergie nécessaire à la resynthèse de l’ATP utilisé pour la contraction muscu-

laire provient entièrement des phosphorylations oxydatives (Flandrois, 1992). b/ La consommation maximale d’oxygène dépend directement de l’adaptation du système d’échanges gazeux respiratoire et circulatoire chargé de capter, de transporter puis de livrer aux muscles les molécules d’oxygène nécessaires aux oxydations. Il existe une relation linéaire entre la puissance développée. (watts) et la consommation d’oxygène (VO2 en l.min-1). . « Cependant, l’augmentation de VO2 a une limite : à partir d’une puissance donnée variable selon les individus, toute nouvelle augmentation de la puissance imposée ne . détermine plus d’accroissement de VO2 ; la consommation .maximale d’oxygène est alors atteinte (VO2 max) à laquelle correspond la puissance maximale aérobie (PMA) » (Flandrois, 1992).. Rapporté à la masse corporelle du sujet, VO2 est appelé spécifique ou fonctionnel (ml O2.kg-1.min-1). 2. EXPOSÉ DES ÉTAPES HISTORIQUES Par rapport à l’adulte (Seguin et Lavoisier, 1789), l’étude des échanges gazeux chez l’enfant a démarré avec environ cent trente ans de retard (P. Galle, 1926). 2.1. Les Précurseurs . 2.1.1. V O2 au cours de l’exercice sous. maximal (V O2 sous-max) Chez l’enfant, la. première étude mesurant l’évolution de VO2 au cours d’un exercice de pédalage sur la bicyclette de Krogh a été faite sur deux garçons danois de douze ans (P. Galle, 1926). La puissance imposée était d’environ 36 W. La fréquence cardiaque (par palpation) était en moyenne de 114 . b.min-1 et VO2 exercice représentait environ quatre fois le métabolisme de repos (808 contre 224 ml O2 .min-1 respectivement). 2.1.2. La . consommation maximale d’oxygène (V O2 max) La méthodologie employée pour . l’étude de VO2 max de l’enfant est directement issue des études de spirométrie et d’ergométrie réalisées sur l’adulte et qui ont pris un essor au début du XXe siècle.

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LA PUISSANCE MAXIMALE AEROBIE DE L’ENFANT

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Résumé des principaux résultats : – Une Fcmax moyenne de 198 b.min-1 a été observée dans le groupe de garçons âgés de 6 à 14 ans (min-max : 185-210) – Fcmax diminue en fonction de l’âge (de 198 b.min-1 à 10 ans à 158 b.min-1 à 75 ans). – VO2 max spécifique (ml.kg-1.min-1) se situe entre 47 et 52 ml.kg-1.min-1 entre 6 et 14 ans. – VO2 max spécifique diminue à partir de 20 ans en moyenne.

. l’adolescent les critères d’atteinte de VO2 max permettant de vérifier a posteriori de la validité de l’épreuve. Il est également le premier à avoir étudié chez l’enfant : la vitesse maximale aérobie (test sur . 5 min ; Figure 1), la différence entre VO2 max et l’endurance et le coût énergétique de la course (Figure 2), sujets, au combien, encore d’actualité ! . FIGURE 1 : La vitesse associée à VO2 max (maintenue pendant 5 min) en fonction de l’âge et du sexe (Astrand, 1952)

FIGURE 2 Le coût énergétique de la course chez la fille en fonction de l’âge (Astrand, 1952).

2.2. Les travaux de P.O. Astrand (1952) Quatorze ans après l’étude américaine, P.O. Astrand entreprend une étude équivalente dans la région de Stockholm. Pour la première fois, les réponses physiologiques des jeunes filles ont été étudiées au cours d’un exercice maximal (sur un tapis roulant ou sur une bicyclette ergométrique pour les plus de 20 ans). Deux cent vingt-sept sujets (112 sujets féminins et 116 sujets masculins) âgés de 4 à 33 ans ont participé à cette étude. Les valeurs particulièrement élevées de certains paramètres physiologiques ont fait dire (et écrire) à certains auteurs que la population étudiée par Astrand était sélectionnée au départ. Cependant son mérite a été de clairement préciser chez l’enfant et

2.3. Les auteurs francophones – Belgique Une des premières études montrant . l’évolution de VO2 max en fonction de l’âge a été réalisée par Vogelaere en 1981. L’objectif de l’étude était de proposer des normes pour la population belge (garçons de 7 à 17 ans). La moitié des enfants étaient issus du monde rural, l’autre du monde citadin. D’autres études belges : Crielaard, Pirnay et Franchimont ; Reybrouck ; Vanden Eynde ; Vrijens ont rapporté des

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. La première étude de VO2 max chez l’enfant : S. Robinson (1938) Faisant partie du fameux laboratoire d’Harvard (« Harvard Fatigue Laboratory »), S. Robinson étudie pour la première fois les différentes réponses physiologiques induites au cours d’un exercice maximal (courir de deux à cinq minutes jusqu’à épuisement sur un tapis roulant). Le groupe expérimental comprenait quatrevingt trois sujets masculins non-entraînés et âgés de 6 à 91 ans. Les paramètres physiologiques suivants au cours de l’exercice maximal ont été enregistrés : la . fréquence cardiaque maximale (Fcmax) ; VO2 max ; le débit ventilatoire maximal ; le quotient respiratoire et le lactate sanguin maximal. D’autres paramètres importants comme le rendement mécanique ou la transition repos-exercice peuvent être consultés par le lecteur dans l’article original ne comprenant pas moins de soixante-douze pages.

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résultats similaires sur différentes populations d’enfants (francophone et néerlandophone). – Canada Dès 1978, Shephard et Lavallée rapportent. les résultats de plus de 1500 épreuves de VO2 max obtenus chez des enfants de 6 à 11 ans. Ils observent une augmentation pro. gressive de VO2 max de 45 ml.kg-1.min-1 à 6 ans jusqu’à 51 ml.kg-1.min-1 à 11 ans chez les garçons. Les variations chez les filles à cet âge sont moindres et les valeurs moyennes se situent aux alentours de 44 ml.kg-1.min-1.

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– France C’est en 1965 que R. Flandrois. et al. publient les résultats des tests de VO2 max réalisés à Lyon sur des jeunes gens de 20 ans. En 1977, Grandmontagne, élève de R. Flandrois, présente sa Thèse de Médecine intitulée : « Evolution de la capacité physique (aérobie et anaérobie) chez l’enfant sportif ou sédentaire de 10 à 15 ans ». En 1982, Flandrois et al. publient une étude « représentative » de la consommation maximale d’oxygène du jeune français. . VO2 max a été mesuré chez 451 enfants des deux sexes, agés de 11 à 16 ans. La population était divisée en non-sportifs (n=287) et sportifs (n=164). C’est donc près de 40 ans après l’étude de Robinson (USA), que l’équipe dirigée par Flandrois a entrepris l’étude des réponses physiologiques induites au cours de l’exercice maximal et contrôlé chez l’enfant français. Plusieurs questions viennent à l’esprit. • Comment expliquer que dans un pays où est né le fondateur de la physiologie de l’exercice musculaire, il a fallu attendre près de cent soixante-dix ans. avant que les premières épreuves de VO 2 max aient démarré ? • Comment expliquer que, contrairement à toutes les études antérieures (étrangères et celles menées par l’école lyonnaise), la fumeuse ou fameuse (au choix du lecteur) « théorie de l’INS » (Chignon et al., 1971) ait obtenu un franc succès dans les milieux de l’éducation physique ? • Comment est-ce possible, qu’en dépit de la littérature existante (tant pratique que théorique) quelques personnes en vue,

proches du milieu sportif, aient pu introduire des concepts aussi peu scientifiques que l’on peut résumer ainsi : la pratique de l’endurance (intensité faible) développe « un gros coeur », tandis que la « résistance » (travail intensif) entraîne « un petit coeur musclé ». Certes, certains parmi nous étaient surpris ou ne comprenaient pas. Il n’est guère facile de lutter contre certains dogmes bien établis. Les physiologistes (souvent médecins) de l’époque après-guerre avaient d’autres préoccupations, le milieu de l’éducation physique ne croyait qu’à quelques « gourouspenseurs ». Elle s’abritait derrière « untel a dit ». Il était temps que l’éducation physique et le sport en général, deviennent un objet d’étude scientifique dans notre pays. 3. ETUDE DES. PARAMÈTRES ASSOCIÉS À VO2 max 3.1. Mesure de la Fréquence cardiaque maximale – En 1931, l’américain Boas inventeur du premier cardiofréquencemètre, enregistre une Fcmax de 190 b.min-1 en moyenne chez des garçons de 9 à 13 ans montant et descendant le plus rapidement possible des marches d’escalier pendant 2 min. – Dill et Brouha (1937) enregistrent pour la première fois la Fc au cours d’un exercice épuisant (2 à 5 min) sur tapis roulant. Vingt écoliers de 12 à 19 ans présentaient une Fc max de 196 b.min-1 en moyenne. Cette étude a été présentée dans une revue française : « Travail Humain », 5, 1 (1937). Cette dernière existe d’ailleurs toujours ! 3.2. Mesure du débit cardiaque maximal 3.2.1. Mesure indirecte C’est P. Galle (1926) qui, le premier, étudie les réponses physiologiques de quatre garçons de 12 ans dans des conditions de repos et de deux garçons également de 12 ans au cours d’un exercice sous-maximal. En utilisant du protoxyde d’azote, il observe qu’au cours d’un exercice très modéré (Fc de 113 b.min-1), la différence artério-veineuse ainsi que le

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LA PUISSANCE MAXIMALE AEROBIE DE L’ENFANT

FIGURE 3 : L’évolution du débit cardiaque . en fonction de VO2 chez l’enfant. (La zone hachurée représente des normes obtenues chez l’adulte) (Bar-Or, 1983).

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3.2.2. Mesure directe Des scandinaves (Eriksson et al., 1971) ont utilisé la méthode de dilution d’un colorant chez des garçons de 11 à 14 ans. En injectant le colorant dans une veine du pli du coude ils ont prélevé du sang artériel dans l’artère radiale et humérale. On peut ainsi calculer le débit cardiaque d’après la quantité connue du colorant injecté. Il est difficile d’imaginer que l’enfant sain soit ravi de participer à ce type d’études pour le moins invasives. 3.3. Mesure du lactate sanguin maximal L’étude de la concentration du lactate sanguin [L] est un indice qui permet l’estimation du degré de contrainte imposé à l’organisme et de juger si l’exercice a été réalisé de façon maximale. – Prélèvement du sang artériel : S. Robinson (1938) a été le premier à mesurer le lactate sanguin chez des garçons de 6 à 14 ans. Comparées aux résultats d’Astrand (1952) sur des filles et garçons de même âge, les valeurs obtenues par l’étude américaine sont moins élevées. Il faut noter que le délai de prélèvement plus long dans l’étude de Robinson, peut expliquer ces différences.

4. AVANCÉES MÉTHODOLOGIQUES 4.1. Matériel 4.1.1. Tapis roulant ou Ergocycle ? Pour étudier l’aptitude aérobie du jeune enfant on préfère la plupart du temps le tapis roulant, compte-tenu que la course représente une des activitées la plus naturelle de l’Homme. Par rapport à la. bicyclette ergométrique les valeurs de VO2 max obtenues sur le tapis roulant sont 7 à 19 % en moyenne supérieures sur ce dernier ergomètre (Léger, 1996). La mise en jeu de plus de grands groupes musculaires lors de la course explique cette différence (Astrand, 1952). Parmi les inconvénients citons : 1) un rendement mécanique moins constant que lors du pédalage sur ergocycle (Taylor, 1950), 2) une standardisation problématique de l’épreuve au cours de la croissance, à savoir la vitesse imposée . à un enfant pré-pubère pour obtenir VO2 max n’est pas suffisante pour un adolescent. Cela représente un inconvénient majeur pour des études longitudinales. L’emploi d’un ergocycle calibré et adapté aux dimensions corporelles de l’enfant (Van Praagh et al. 1992) permettant ainsi que la puissance imposée puisse être faite en fonction de la masse corporelle du sujet, . PHOTO 1 : Une épreuve de VO2 max sur ergocycle dans les années soixante (empruntée à Rarick, Physical Activity, 1973).

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volume d’éjection systolique augmentent très sensiblement. La méthode indirecte (CO2 ) de Fick a été utilisée pour la première fois par Gadhoke et Jones (1969) chez des garçons de 9 à 15 ans.

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s’affranchit de cette difficulté. Toutefois, une fatigue musculaire locale . précoce empêche parfois d’atteindre VO2 max, en particulier chez le très jeune enfant. En résumé : L’équipement souvent non adapté à l’enfant, rend parfois difficile l’interpretation des résultats obtenus suite à un test ergométrique réalisé en laboratoire (Van Praagh et al., 1989). 4.1.2. Electrocardiographie et/ou cardiofréquencemètre ? L’emploi de systèmes miniaturisés validés (Vogelaere et al., 1986 ; Thivierge et Léger, 1988) a énormément facilité l’enregistrement de la fréquence cardiaque sur le terrain et en laboratoire. Cependant, en laboratoire et en particulier au cours d’épreuves maximales la surveillance cardiaque doit se faire en continu grâce au tracé de l’électrocardiogramme. Document téléchargé depuis www.cairn.info - - - 109.190.111.104 - 26/03/2015 15h34. © De Boeck Supérieur

4.1.3. Débit ventilatoire et échanges gazeux : le rôle de l’espace mort . Une épreuve de VO2 max est fondée sur la mesure de la ventilation et des échanges gazeux. Elle repose sur la séparation des gaz inspirés et expirés, sur la mesure du volume gazeux et sur l’analyse d’un échanPHOTO 2 : Enfant au cours d’un test spirométrique (empruntée à Godfrey, 1974).

tillon représentatif des gaz expirés mélangés. Les gaz inspirés et expirés sont séparés par un système de soupape à voie unique. Compte tenu du faible espace mort anatomique observé chez l’enfant, il ne faut pas que l’espace mort total de la soupape, de l’embout buccal et du robinet utilisé soit supérieure à l’espace mort de l’enfant (Godfrey, 1974). 4.1.4. Prélèvement de sang : lactate sanguin Pour éviter de ponctionner une artère, Godfrey et al. (1971) ont mis au point une méthode de prélèvement de sang capillaire artérialisé chez l’enfant. Cette méthode est beaucoup plus acceptable. Des analyseurs semi-automatiques permettent l’obtention des résultats en quelques secondes (Welsman et Armstrong, 1998). En résumé : Grâce à certains chercheurs et en particulier l’anglais Godfrey (1971), le matériel spirométrique et ergométrique utilisé commence à s’adapter aux dimensions spécifiques de l’enfant. 4.2. Méthodes . 4.2.1. Mesure de V O2

max

4.2.1.1. Epreuve « maximale » ? Définir une épreuve comme étant « maximale » implique que l’enfant a donné tout ce dont il est capable avant d’être arrêté pour cause de fatigue prononcée. Cependant, dans l’étude des réactions physiologiques de l’enfant, ce terme doit être utilisé avec prudence. Il est tradition. nellement admis que VO2 s’élève par rapport à une puissance imposée qui augmente proportionnellement. Cependant cette aug. mentation de VO2 à une limite même chez un sujet très motivé. A partir d’une puissance donnée, toute nouvelle augmentation de la puissance imposée ne détermine plus . d’accroissement. Il est dit que VO2 « plafonne » et est considéré comme maximal. Cependant la validité des bases théoriques et méthodologiques du concept « de pla. fonnement de VO2 » sont encore très discutées (Bassett et Howley, 1997). Chez l’enfant, Astrand (1952) a été le premier a noter que 50 % des sujets réali-

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saient l’épreuve à intensité progressive . jusqu’à épuisement, sans que VO2 n’atteigne un quelconque plateau ou phase d’équilibre. Ultérieurement d’autres études, utilisant une méthode continue à paliers d’intensité progressive, confirmèrent cette observation (Slonim et al., 1957 ; Cumming et Friesen, 1967 ; Cunningham et al., 1977 ; Massicotte et al., . 1985). L’absence de plafonnement de VO2 chez l’enfant a souvent été attribuée à un manque de motivation ou à une moindre capacité anaérobie (Krahenbuhl et al., 1985 ; Rowland, 1993), cependant des études comprenant une population importante d’enfants et d’adolescents ont . montré que les valeurs de VO2 , de la fréquence cardiaque, du quotient respiratoire ou du lactate post-exercice n’étaient pas supérieures dans le « groupe plateau » par rapport au « groupe non-plateau » (Armstrong et al., 1995). C’est pour toutes ses raisons que depuis la publication de Slonim et al. (1957), la plupart des chercheurs actuels préfèrent utiliser le terme de . « pic » (pic de puissance aérobie ou pic VO2 ) au lieu de « maximal » pour caractériser la performance de l’enfant suite à un test d’effort continu et progressif. Il existe dans la littérature des résultats de pic de . puissance aérobie (pic VO2 ) obtenus chez des enfants de 3 ans (Shuleva et al., 1990). Cependant, on peut se poser la question de . la fidélité des mesures de pic VO2 chez l’enfant de moins de 8 ans. Toutefois, si un enfant ou adolescent a été habitué à l’environnement particulier du laboratoire (connaissance du protocole, apprentissage, motivation…) et en considérant qu’il ait atteint les critères de . maximalité à la fin de l’épreuve, pic VO2 peut être accepté comme un indice valide de sa performance maximale aérobie (Rowland et Cunningham, 1992). 4.2.1.2. Critères de maximalité . La maximalité d’une épreuve de VO2 doit répondre à certains critères objectifs. Robinson (1938) observant que deux jeunes garçons avaient des Fcmax particulièrement basses compte tenu de leur âge, constate que leur taux de lactate sanguin maximal est également très bas. Il conclut que ces garçons n’avaient manifestement pas envie de se surpasser (manque de moti-

95 vation évident !). Ultérieurement, le suédois Astrand . a formalisé les critères d’atteinte de V O2 max chez l’enfant et l’adoles. cent. VO2 ne peut être considéré comme maximal que si plusieurs critères sont réunis : . ⇒ Plafonnement de VO2 (voir discussion ci-dessus), ⇒ Fréquence cardiaque égale à sa valeur maximale théorique compte tenu de l’âge du sujet. Puisque Fc max est relativement constante au cours de la croissance (Rowland, 1993) et les valeurs obtenues sur ergocycle légèrement plus basses que celles mesurées sur tapis roulant (Mocellin et al., 1971 ; Léger et al., 1990), des valeurs de respectivement 195 b.min-1 et 200 b.min-1 peuvent être considérées comme des critères acceptables (Rowland, 1993). ⇒ Une concentration plasmatique de lactate supérieure à 9 mmol.l-1 (Docherty et Gaul, 1990). Astrand (1952) avait constaté que les valeurs moyennes de [L] sanguin dans le groupe d’enfants étaient de 8 à 10 mmol.l-1 après un exercice maximal sur tapis roulant et ceci dans le « groupe plateau » comme dans le « groupe non-plateau ». Il semblerait que chez l’enfant un taux suffisamment élevé de [L] constitue. rait la preuve qu’il ait atteint pic VO2, même . si on n’a pas noté un plafonnement de VO2. Cependant, pour des raisons éthiques, ce critère est de moins en moins recommandé dans des études de routine sur l’enfant. De plus, compte tenu de la grande variabilité des valeurs de [L] sanguin après un exercice maximal, la validité de ce critère peut être mise en question chez l’enfant. ⇒ Un quotient respiratoire (QR) égal ou supérieur à 1, 1. Il s’agit probablement du meilleur critère lors de l’exercice maximal. Selon Rowland (1993), les valeurs du QRmax sont légèrement supérieures sur ergocycle (1,11) comparées à celles obtenues sur tapis roulant (1, 04), cette différence serait due à une plus grande fatigue locale et à une plus grande participation anaérobie sur la bicyclette ergométrique. ⇒ Epuisement apparent du jeune sujet est un signe que le pic de puissance aérobie est proche ou atteint.

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LA PUISSANCE MAXIMALE AEROBIE DE L’ENFANT

E. VAN PRAAGH, E. DORE, P. DUCHE et C. HAUTIER

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4.2.2. Validité et fidélité des épreuves maximales . La mesure directe de VO2 max est considérée comme la référence permettant de déterminer l’aptitude physique de type aérobie chez le sujet. Toutes nouvelles épreuves progressives et indirectes (laboratoire ou terrain) doivent être confrontées à ce « critère absolu », afin de vérifier la validité du test. Il est tentant de considérer qu’une épreuve individuelle et contrôlée en laboratoire réduise la variabilité de la mesure. Cependant, certains facteurs de . variabilité de VO2 max tels que : ergomètre utilisé et type d’entraînement ; sexe ; âge ; hérédité ; environnement et sous-nutrition (Flandrois, 1992) peuvent notamment affecter sa validité. Les tests de terrain ont l’avantage d’être plus simples, demandant peu de matériel et pouvant être réalisé en même temps par un nombre important de sujets. Ils sont particulièrement utiles dans l’évaluation de l’aptitude aérobie à l’école. Parmi les plus récents, citons le test de course en navette sur 20 m (Léger et Lambert., 1982). Ce test, contrairement à l’épreuve individuelle en laboratoire, s’effectue en groupe et permet de prédire la performance aérobie maximale de chaque participant. Van Praagh et al. (1988) ont rapporté une étude dont le but était de déterminer si le test de course en navette présentait . une validité suffisante pour estimer pic VO2 chez l’enfant. Dix-huit garçons de 7 ans et .quinze de 12 ans participaient à l’étude. VO2 max direct était mesuré en laboratoire pour chaque sujet. Les résultats montraient une corrélation modérée (r = 0,46 ; p < 0,01) entre l’épreuve de laboratoire et le test de terrain. Cependant, les valeurs de Fcmax et [L]max suite au test de terrain étaient supérieures (en particulier à 7 ans) à celles obtenues en laboratoire. Il a été suggéré qu’une plus grande motivation (confrontation en groupe) des sujets pouvait, en partie, expliquer ces résultats. . La fidélité d’une preuve de VO2 max est plus difficile à obtenir chez l’enfant que chez l’adulte à cause d’une moindre motivation et coopération, en particulier chez les moins de huit ans (Armstrong et Welsman, 1994). Cependant, des corrélations de fidélité (test-retest) comparables ont été observées entre enfants et adultes. (Vaccaro et Mahon, 1987).

. 4.2.3. Prédiction de V O2 max La plupart des activité physiques journalières et des programmes d’entraînement utilisent des niveaux de puissances d’exercice sous-maximaux. La question est de . savoir si VO2 max puisse être prédit à partir d’une épreuve sous-maximale. 4.2.3.1. Test d’Astrand-Ryhming (1954) Un des tests sur ergocyle le . plus utilisé dont l’objectif est de prédire VO2 max à partir d’un niveau de puissance sous-maximale imposé au sujet et la Fc correspondante mesurée. Cette méthode n’offre aucun danger pour le sujet jeune et sain et qui, de plus, n’est pas toujours forcément très motivé pour l’exercice physique. Cependant, à l’origine ce test était destiné pour l’adulte. Appliqué à l’enfant il s’est avéré que celui-ci sous-estimait largement la puissance maximale aérobie de l’enfant (6 à 25 %) (Hermansen et Oseid, 1971 ; Woynarowzka, 1980 ; Flandrois, 1981 ; Buono et al. 1991). L’application d’un facteur de correction s’est donc avérée nécessaire (Woynarowska, 1980, Flandrois, 1981). Les coefficients de corrélation entre . VO2 mesuré et prédit varie selon les études entre r = 0, 49 et 0, 89. Buono et al. (1991) ont rapporté des coefficients de fidélité du test (r = 0, 77). 4.2.3.2 Capacité de Travail 170 (CT170) ou PWC170 (Wahlund, 1948) A l’origine ce test a été développé pour des sujets ayant besoin d’un bilan de santé dans le cadre de la Médecine du Travail. Craignant les risques, toujours possibles, d’une épreuve maximale Wahlund a proposé une épreuve sous-maximale sur ergocycle, pendant laquelle la Fc ne devait pas dépasser les 170 b.min-1. La performance obtenue à ce test s’exprime généralement en watts. Chez l’enfant, la CT170 a souvent été considérée comme un témoin de l’endurance générale du sujet (Vogelaere, 1984). Le problème majeur du test (comme pour d’autres épreuves sousmaximales) est la grande variabilité interindividuelle de la Fc (Léger et al., 1990). Dans l’interprétation des résultats on doit tenir compte de l’âge et des dimensions corporelles des sujets.

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LA PUISSANCE MAXIMALE AEROBIE DE L’ENFANT

5.1. Enfant non-entraîné

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. 5.1.1. V O2 max et Croissance . Les variations de VO2 max en fonction de la croissance ont fait l’objet de plusieurs publications françaises (Grandmontagne, 1977 ; Flandrois et al., 1982, Guirauden et al., 1981 ; Mercier et al., 1986 ; Van Praagh et al., 1988) et étrangères (Krahenbuhl et al. 1985 ; Armstrong & Welsman, 1994 ; Léger, 1996 ; Rowland, 1996). De l’ensemble. de ces études il ressort que : – VO2 max absolu (l.min-1) suit parfaitement la courbe de croissance des filles et garçons. En revanche, les variations sont, à tout âge, plus marquées chez le garçon. . Concrètement cela veut dire que pic VO2 croît également chez des enfants dispensés d’EPS ou ayant une activité physique très réduite.. – VO2 max spécifique (ml.min-1.kg-1) ne varie pas chez le garçon entre 6 et 16 ans (Tableau 1). En revanche, cette consommation maximale d’oxygène rapportée à la masse corporelle diminue dès l’âge de 8-10 ans chez la fille. Ce dimorphisme sexuel s’accentue encore au moment de la puberté où la quantité d’hémoglobine (transporteur d’O2 ) est significativement plus faible et la quantité de masse grasse plus élevée (oestrogènes) chez la fille. Chez le garçon, les

androgènes sont responsables d’un accroissement de la masse musculaire (grande consommatrice d’énergie). Il s’avère que dans toutes les activités de longue durée où il s’agit de transporter sa masse corporelle, le garçon est en moyenne plus performant que la fille. Il n’y a qu’en natation sur des longues distances (par ex. traversées de la Manche) que la moindre densité corporelle de la fille constitue un avantage. Quels facteurs de « normalisation » utiliser ? La discussion ci-dessus montre qu’il est classique et plus facile de comparer des sujets ayant des dimensions corporelles différentes en divisant pic VO2 (l.min-1) par la masse corporelle totale (ml.kg-1.min-1) D’autant que les coefficients de corrélations entre ces deux variables sont typiquement supérieurs à r = 0,70 au cours de la croissance (Davies et al., 1972). Les données de la littérature sont cohérentes car elles montrent que VO2max relatif est pratiquement constant aux alentours de 50 ml.kg-1.min-1 chez le garçon entre 8 et 18 ans et diminue progressivement pendant la même période chez la fille d’environ 45 à 35 ml.kg-1.min-1 ( Krahenbuhl et al., 1985, Falgairette, 1989). Depuis la remarquable revue écrite par Tanner en 1949, montrant que la méthode de normalisation par la masse corporelle pouvait induire des biais

TABLEAU 1 : Données bioénergétiques maximales sur ergocycle chez des garçons de 7 ans et 12 ans (moyenne et écart-type) Auteurs

Age

VO2 (l/min)

VO2 (ml/kg/min)

Fcmax (b/min)

[L] max (mmol/l)

Puisance max (W)

Davies (1972)

6-7

1, 19 (0, 25)

48, 9 (-)

198 (9)

7, 1 (1, 1)

Flandrois, M. (1981)

6-7

1, 16 (0, 07)

49,7 (2, 0)

200 (2)

Van Praagh (1988)

1, 23 (0, 20)

47, 0 (5, 8)

197 (4)

5, 7 (1, 7)

95 (15)

Flandrois, R (1982)

2, 10 (0, 07)

47, 8 (1, 4)

200 (1)

8, 0 (0, 5)

156 (6)

Massicotte (1985)

2, 30 (0, 20)

52, 7 (9, 3)

198 (5)

157 (27)

Van Praagh (1988)

2, 14 (0, 41)

50, 3 (4, 9)

203 (6)

8, 7 (2, 1)

169 (33)

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5. PRÉSENTATION DES CONNAISSANCES ACTUELLES

E. VAN PRAAGH, E. DORE, P. DUCHE et C. HAUTIER

Y = a . Xb ou log (Y) = a + b .log(X)

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Selon l’analyse dimensionnelle théo. rique, chez l’enfant pic VO2 devrait être proportionnel à la masse corporelle à la puissance 2/3 (Astrand et Rodahl, 1970). La plupart des études réalisées chez l’enfant montrent un exposant de l’ordre de 0, 80. Cependant, lorsque on introduit dans ce modèle non seulement la masse, mais également la taille du sujet, l’exposant est proche de l’exposant théorique 0,67. Récemment, Armstrong et al. (1999) en utilisant un modèle allométrique multiplicatif (Nevill et al., 1998) ont pu montrer que lorsque les dimensions corporelles sont statistiquement correctement contrôlées, . pic VO2 continue d’augmenter chez le garçon au cours de la croissance jusqu’à l’âge . adulte. Cependant, chez la fille pic VO2 augmente jusqu’à la puberté, puis plafonne lorsqu’elle atteint le stade adulte. D’autres études seront nécessaires, mais déjà l’on peut s’interroger sur la pertinence d’utiliser la masse corporelle totale comme dénominateur commun dans des études portant sur la performance aérobie au cours du développement. . 5.1.2. V O2 max et maturation En étudiant la croissance en taille de son fils, depuis sa naissance jusqu’à l’âge de 18 ans, le comte de Montbeillard a réalisé la première étude longitudinale au monde (1759-1777). Les auxologistes observent qu’à l’approche de la puberté la croissance en taille, en poids et autres variables somatiques subissent une accélération, atteignent un pic, puis décélèrent progressivement jusqu’au stade adulte. L’âge du pic de vitesse de croissance est un indicateur important pour le physiologiste de l’exercice. Cet âge étant par essence

individuel, sa connaissance permet de comparer les résultats des mesures physiologiques entre plusieurs individus ou groupes. Sur une population donnée, les valeurs moyennes du pic de vitesse de croissance se situe chez la fille entre 12 et 13 ans et chez le garçon entre 14 et 15 ans (Tanner, 1962, Sempé et Sempé, 1971). (Figure 4).

FIGURE 4 : Courbes de vitesse de croissance du poids corporel chez la fille et le garçon (Tanner, 1962)

Compte tenu de ce « dimorphisme sexuel », la jeune fille est biologiquement plus précoce et son organisme apte plus tôt à « subir » les différentes contraintes physiologiques et mécaniques imposées par les séances d’EPS ou par l’entraînement. Il n’y a que des « résistances » culturelles qui font que ces principes biologiques ne sont pas toujours respectés. La classe étant par définition hétérogène, cette différence biologique pouvant aller jusqu’à 5 années entre les individus ayant le même âge calendaire (Kemper et Van Praagh 1986). Il va de soi, que la même séance-type d’EPS n’induira pas la même réponse physiologique chez un enfant de 13 ans (ayant en réalité un âge biologique de 10 ans), et un autre enfant (ayant, en fait, un âge biologique de 15 ans). (Figure 5) . 5.1.3. V O2 max et hérédité Des études ont été menées à la fois sur des jumeaux et sur la composition de la famille pour .rechercher une éventuelle relation entre VO2 max et le potentiel géné-

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dans l’interprétation des résultats, d’autres analyses statistiques se sont successivement imposées (le modèle linéaire (Williams et al., 1992) et le modèle allométrique (Astrand et Rodahl, 1970) ; McMiken, 1976 ; Bailey et al., 1978). S’agissant du dernier modèle, les relations entre VO2max (Y) et les dimensions corporelles (X) sont décrites à l’aide d’une relation allométrique (ou fonction puissance) (Nevill et al., 1992) :

LA PUISSANCE MAXIMALE AEROBIE DE L’ENFANT

FIGURE 5 : Courbes de vitesse de croissance . de VO2 max chez le garçon (empruntée à Mirwald & Bailey, 1980)

Bouchard & Lortie, 1984 ont mis en place un entraînement identique de 5 mois effectué par des jumeaux homozygotes (même génotype). Celle-ci a montré l’existence de « bons . » répondeurs (amélioration notable de VO2 max) et de « mauvais » répondeurs (stagnation des performances aérobies). D’après l’équipe de Bouchard . (1986) 50 à 70 % de la variance de VO2 max peut être expliquée par l’hérédité.

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tique (Malina & Bouchard, 1991). Le paramètre d’identification le plus utilisé dans ces études est l’indice héréditaire (I.H.). Cet indice signifie la proportion de la variance totale attribuée à la variabilité du génotype et à celle du milieu. L’indice peut varier entre 0 et 1 (entre 0 et 100 %). Klissouras (1971) avait rapporté un I.H. supérieur à 90 %, cependant des études plus récentes montrent des indices plus faibles (Bouchard et al., 1986 ; Engström & Fischbein, 1977 ; Komi & Karlsson, 1979, Prud’homme et al., 1984, Figure 6). . FIGURE 6 : Modifications de VO2 max après 20 semaines d’entraînement réalisées par des jumeaux homozygotes (Prud’homme et al. 1984).

5.2. Enfant entraîné . 5.2.1. V O2

max

et entraînement

5.2.1.1. Les premières études Nous devons au suédois Ekblom (1969) la première étude longitudinale dans laquelle des garçons de 11 ans on était soumis à un entraînement relativement intensif pendant une durée de 3 ans. Brown et al. (1972) réalisent une étude similaire sur des jeunes filles âgées de 8 à 13 ans. Cependant . FIGURE 7 : L’évolution de VO2 max induite par l’entraînement chez des garçons au cours de la puberté (étude longitudinale : Kobayashi et al., 1978)

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En résumé : Il semble maintenant bien établi que les variations de VO2max dues à l’exercice soit largement différentes d’un sujet à l’autre. Qu’un même programme d’entraînement induit des réponses physiologiques différentes selon les sujets. Que l’influence du potentiel génétique compte pour beaucoup dans les variations de cette réponse individuelle.

E. VAN PRAAGH, E. DORE, P. DUCHE et C. HAUTIER

la durée du programme d’entraînement n’est que de trois mois. Puis enfin, c’est au tour de Kobayashi et al. (1978) d’étudier pendant cinq ans les effets d’un entraînement varié et intensif sur des garçons de 9 à 13 ans. Dans cette dernière étude les auteurs ont utilisé le pic de vitesse de croissance, un marqueur somatique important permettant de constater que les effets dus à l’entraînement étaient nettement plus marqués après l’apparition du pic (Figure 7).

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5.2.1.2. Les paramètres. d’entraînement L’amélioration de VO2 max par l’entraînement dépend à la fois de la durée, de l’intensité et de la fréquence des séances : – Effets de la durée : Une récente étude de la littérature comprenant 27 recherches longitudinales .(Kemper et Knop, 1995) il ressort que : VO2 max relatif (ml.min-1.kg-1) de l’enfant et de l’adolescent n’augmente en moyenne que de 7,6 % suite à des entraînements dont la durée est inférieure à 6 mois. Dans les études à long terme (6 mois et plus) on assiste même à une diminution de . VO2 max relatif (-1,8 %). Lorsque les critères d’entraînement de l’American College of Sports Medicine* (1990) sont respectés, les variations sont pratiquement identiques, qu’il s’agisse d’enfants pré-pubères (+ 10,7 %) ou adolescents (+ 11, 0 %). Ces valeurs sont proches de celles rapportées pour des adultes. – Effets de l’intensité : L’entraînement intensif commencé dès la période pré- ou péri-pubertaire ou au stade. adulte n’augmente pas davantage VO 2 max relatif (ml.min-1.kg-1). Certaines études (6 sur 9 au total) montrent que la puissance maximale aérobie s’améliore au cours du stade prépubère, lorsque le régime d’entraînement est équivalent à celui observé chez l’adulte. La même observation a été faite sur des sujets plus matures (adolescents). Lacour et Denis (1984) rapportent une étude de Flandrois et al. (1979), ces derniers ont observé une amélioration de 40 % de VO2max (l.min-1) chez de jeunes athlètes de 15-16 ans soumis à un entraînement quotidien et intensif de 6 mois.

– Effets de la fréquence : Duché (1992) a fait une synthèse des études . ayant observé une modification (%) de VO2 max en fonction du nombre d’heures d’entraînement par semaine. En résumé, ces études montrent : – qu’il ne semble pas nécessaire de . commencer l’entraînement de VO2 max trop tôt. Un bon indicateur pourrait être le pic de croissance maximale qui dans la population française se situe en moyenne pour la fille vers 12 ans. et 14 ans pour le garçon. – que VO2 max est limité par le potentiel génétique individuel. – que son amélioration n’est possible que si l’entraînement présente un niveau d’intensité qui n’est pas forcément compatible avec l’aptitude moyenne d’une classe de collège. . 5.2.2. V O2 max et désentraînement La cessation quasi complète soit de la pratique régulière d’APS, soit d’un entraînement sportif regulier et son influence sur VO2max a été très peu étudié chez l’enfant. Toutefois, Klausen et al., 1981 ont pu montrer dans un groupe d’adolescents que le gain d’environ de 15 % obtenu grâce à un entraînement plus intensif pendant 2 mois, avait complètement disparu après 8 semaines d’inactivité. En France, Flandrois et al. . FIGURE 8 : Effet du désentraînement sur VO2 max observé sur un groupe de jeunes nageurs (Flandrois et al., 1982)

*Note : les critères proposés par l’American College of Sports Medicine (1990) sont les suivants : . intensité = > 50 % de VO2 max ou 70 % de Fcmax durée = au moins 15 min (exercice continu) nombre = 3 fois/semaine ou plus

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LA PUISSANCE MAXIMALE AEROBIE DE L’ENFANT

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. Rowland (1994) a mesuré VO2 max chez cinq enfants âgés de 7 à 11 ans immobilisés pendant 10 semaines après une fracture accidentelle du .fémur. Suite à 3 mois de réentraînement, VO2 max s’élevait de 37, 2 à 42, 9 ml.kg-1.min-1 (plus de 13 %). Après ces trois mois, VO2max n’augmentait plus. L’auteur a émis l’hypothèse que les 13 % d’augmentation pendant la période de rééducation, correspondent en fait à la diminution due à l’immobilisation au lit. Ces études, bien qu’elles ne permettent pas de conclure, pourraient être un sujet de réflexion pour les personnes ayant en charge le dossier épineux : des rythmes scolaires (alternance EPS-vacances). Rappelons que nous détenons en France toujours les records du monde : a) de la journée scolaire la plus longue, b) des vacances scolaires les plus longues. Par ailleurs, elles tendent à démontrer l’extrême plasticité de nos fonctions physiologiques à condition que celles-ci soient suffisamment stimulées. 6. EXAMEN CRITIQUE DES APPLICATIONS PRATIQUES . 6.1. Concept de VO2 max Chez l’adulte, la consommation maximale d’oxygène constitue un indice d’aptitude indiscutable du bon ou mauvais fonctionnement du système cardio-respiratoire, de même qu’un critère de performance indispensable dans des épreuves d’endurance. Cependant, il n’est pas certain du tout que les résultats obtenus chez l’enfant

puissent être . interprétés de façon similaire. Puisque VO2 max spécifique (ml.min-1.kg-1) de l’enfant ne varie pratiquement pas au cours de la croissance, tandis que parallèlement son endurance peut très nettement s’améliorer. Ce gain peut être obtenu par une diminution du coût énergétique (le sujet devient plus économique !) au cours de certains exercices prolongés, soit par des modifications qualitatives de libération d’énergie, soit par l’amélioration de facteurs anaérobies (vitesse, force). . 6.2. Concept de vitesse associée à VO2 max (VAM) . VO2 max est un paramètre utile pour comparer l’aptitude maximale des sujets à consommer de l’O2 au cours d’un exercice donné. En revanche, il n’est pas d’une utilité pratique directe. Il faut mieux savoir à quelle vitesse maximale correspond ce paramètre (Margaria et al., 1965). De plus cet indice . ne prend non seulement en compte VO2 max, mais également le rendement mécanique avec lequel chaque sujet réalise un . exercice donné. Après avoir déterminé VO2 max sur tapis roulant, Astrand (1952) a fait courir des filles et garçons de 4 à 18 ans (Tableau 2) pendant 5 min . à la vitesse à laquelle était obtenue VO2 max (« vitesse aérobie maximale » (VAM en km.h-1). Chez les garçons il existe incontestablement un effet de l’âge, ce qui n’est pas le cas chez les filles. La fille de 10 ans court presque à la même VAM et pendant cinq minutes que celle de 15 ans. Récemment, Berthoin (1994) a évalué la VAM sur un grand échantillon de filles et de garçons âgés de 12 à 17 ans à l’aide d’une épreuve de terrain (Léger & Boucher, 1980). Comme dans l’étude d’Astrand (1952), la VAM augmente significativement en fonction de l’âge chez le garçon (de 12 à 13,7 km.h-1 entre 13 et 15 ans, respectivement) et est indépendante de l’âge chez la fille (de 10, 8 à 10, 8 km.h-1

TABLEAU 2 : Evolution de VAM (km.h-1) des filles et des garçons en fonction de l’âge (Astrand, 1952) Age (ans)

4-6

7-9

10-11

12-13

14-15

16-18

Garçons

10,4 km/h

13,8 km/h

14,7 km/h

14,4 km/h

16,8 km/h

Filles

10,1 km/h

13,5 km/h

13,8 km/h

14,1 km/h

13,9 km/h

14,4 km/h

. (1982) ont montré que VO2 max était diminué de 5 % chez les garçons et de 9 % chez les filles après trois mois d’arrêt de l’entraînement dû aux vacances scolaires (nageuses et nageurs de 11 à 16 ans). La figure 8, montre que ces phénomènes ont pu être observé deux années de suite, ce qui réduit notablement la part du hasard.

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E. VAN PRAAGH, E. DORE, P. DUCHE et C. HAUTIER

PHOTO 3 : Course de 15 min sur tapis roulant à une vitesse de 8 km/h réalisée par un garçon de 4 ans (empruntée à Borms & Hebbelinck, Pediatric Work Physiology, 1978).

coureurs Scandinaves. En altitude, les garçons non-entraînés et entraînés ont respectivement un VO2max de 47 et -1 -1 62 seniors avaient un . ml.kg .min . Les VO2 max de 68 ml.kg-1.min-1en moyenne, en altitude et de 79.9 ml.kg-1.min-1au niveau de la mer. C’est-à-dire, pratiquement les mêmes valeurs que les meilleurs coureurs Scandinaves. En revanche, l’économie de . course (VO2 à une vitesse donnée) était . significativement meilleure (VO 2 plus faible) chez les Kenyans. Les auteurs concluent qu’une combinaison d’aptitudes, d’activité physique journalière en altitude (course à pied = moyen de transport) et d’entraînement très intensif, peuvent expliquer les bons résultats de ces coureurs.

entre 12 et 17 ans respectivement). Il faut noter que les valeurs de la VAM en laboratoire (sur tapis roulant) sont nettement supérieures à celles du terrain (sujet entraîné par le moteur, absence de forces aérodynamiques). Le temps de maintien de la VAM dans cette population scolaire est sensiblement identique (un peu plus de 5 min) à celui observé dans l’étude d’Astrand (1952). . 6.3. VO2 max ou Endurance ? Il est souvent question des qualités d’endurance des coureurs africains, et en particulier des Kenyans. Ces coureurs . des hauts plateaux devraient avoir des VO2 max exceptionnels ? Saltin et al. (1995) ont étudié les meilleurs coureurs Kenyans (cadetsjuniors-séniors) afin de tester leur potentiel aérobie. Des épreuves sous-maximales et maximales ont été effectuées sur tapis roulant, tant au niveau de la mer qu’en haute altitude (2000 m) et une comparaison a été faite avec un groupe de jeunes garçons Kenyans non-entraînés et les meilleurs

Parmi les questions qui n’ont pas encore trouvé de réponse on peut noter les suivantes : – Pourquoi l’adaptation à l’entraîne. ment de VO2 max est moindre chez l’enfant comparée à celle observée chez l’adulte ? – Quels niveaux d’intensité, de durée et du nombre de séances sont indispensables . pour améliorer VO2 max de l’enfant ? – Est-ce qu’une augmentation de l’activité physique journalière (par ex. . plus de séances d’EPS) peut influencer VO2 max ? – La puberté constitue-t-elle une période particulièrement « sensible » ? – Les simulateurs de travail (ergomètres) ne sont que rarement adaptés aux possibilités biologiques de l’enfant. – Des technologies nouvelles et noninvasives (IRM, RMN spectroscopie…) donneront, à ne pas douter, une nouvelle ère à la connaissance (au niveau cellulaire et moléculaire) de l’adaptation de l’enfant au cours de l’exercice maximal. 8. CONCLUSION L’étude de la puissance maximale aérobie chez l’enfant s’est largement inspirée des méthodes mises au point, dès les XVIIIe et XIXe siècles, pour l’adulte. Si la première étude (1926) des échanges gazeux de l’enfant a été réalisée dans des conditions

7. ORIENTATIONS FUTURES DES RECHERCHES

sous-maximales, il a fallu attendre 1938 . pour que la première étude de VO2 max voit le jour. Depuis les remarquables travaux de Robinson (1938) et d’Astrand (1952) et des travaux sur le débit cardiaque, rien de véritablement nouveau concernant les mécanismes d’adaptation de l’enfant à l’exercice maximal. Des contraintes d’ordre éthique et méthodologique ont freiné l’essor de la physiologie de l’exercice maximal chez l’enfant. Cependant, ces dernières. années l’influence de la maturation sur VO2 max a été précisée. Les études génétiques et l’étude de l’enfant dans des conditions extrêmes (entraînement, altitude…) sont en pleine expansion et de plus en plus nombreuses. Toutefois l’ergométrie pédiatrique attend un développement d’une technologie non-invasive, mais encore extrêmement coûteuse, permettant réellement d’examiner le métabolisme aérobie au niveau cellulaire. Document téléchargé depuis www.cairn.info - - - 109.190.111.104 - 26/03/2015 15h34. © De Boeck Supérieur

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Maximal oxygen uptake in children (1938-2000) Abstract The aim of this review is to report the subsequent historical landmarks regarding maximal oxygen uptake (Vo2max) in children and adolescents. It reveals, that during about thirty years (1938l970), the ergometers and protocols used in pediatric investigations were directly derived from adult studies. However, for the past thirty to forty years, material and methods are now more and more accomodate to the children’s smaller body size and specific biological maturation. VO2 changes during childhood are, partly, influenced by genetics, biological development, training or other environmental stressors. In contrast, the majority of published data shows non significant relationship between daily energy expenditure and peak VO2. However, the simple explanation for the lack of relationship between habitual physical activity and aerobic fitness probably lies on the low level of physical activity of most young children. The vast majority rarely experience physical activity of sufficient intensity and duration to increase peak VO2. However, despite an abundance of research on the topic, the issue of children’s and adolescents’ responses to exercise is controversial. The effects of exercise training on prepubescent children are particularly debatable. It has been argued about, 1) the lack of intensity and duration of the exercise training programme, 2) the fact that young people

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might be less trainable than adults because of their relatively high initial mass-related peak VO2, 3) changes of biological markers (e.g. testosterone, GH, IGFI) during maturation. It was suggested, that puberty is a critical period with respect to peak VO2 improvement, although without necessarily increase in mass-related peak VO2. In contrast with adults, it appears that children are less affected by inactivity or physical deconditioning. From the available literature, the plasticity of peak VO2 in the typical young adult is estimated as approximately 40-50% (20-25% increase with training, 15-25% decline with bed rest). In prepubertal children, the combined aerobic plasticity appears to be about 2025% (10% increase with training, 15% decay with bed rest). Because of both ethical and methodological constraints, it appears that further research is required to clarify the child’s VO2 response to maximal exercise. Key-words : Vo2max - Ergometry - Growth - Maturation - Training.

Resumen El presente estudio tiene como objetivo de informar las etapas históricas de la consumación máxima de oxígeno (VO2max) en los niños y adolescentes. Es de manifiesto indicar que durante una treintena de años los estudios se han realizado solamente en los adultos. Sin embargo en los últimos período el material ergométrico y los métodos de mediciones han considerado la especificidad biológica del niño. La evolución de VO2max en los niños es entre otras influenciada por los factores hereditarios, el desarrollo biológico, el entrenamiento y el medio ambiente. El estudio de la literatura no muestra una relación muy significativa entre el gasto energético diario y el VO2max. Cada vez se acepta que el mejoramiento de la potencia máxima aeróbica necesita de cambios musculares repetidos e intensos a fin de inducir las modificaciones funcionales que sean durables. A través del crecimiento se produce un mejoramiento del VO2max en el entrenamiento sistemático el sistema aeróbico. Ciertos estudios indican que la entrenabilidad es menos manifiesta en los niños prepuberales que en los adultos. Los argumentos son: 1) de programas de entrenamiento menos intensivos en los niños; 2) los valores de VO2max específicos son muy altos en los niños prepuberales; 3) la evolución de algunos testimonios biológicos que se transforman en funcionales a través de la pubertad. La pubertad es el período critico en el mejoramiento del rendimiento aeróbico. Sin que el VO2max específico aumente obligatoriamente. Palabras claves : VO2max, ergometría, maduración, entrenamiento.

La potenza massimale aerobica del bambino (dal 1938 ai nostri giorni) Riassunto Questa rassegna ha come obiettivo di rapportare le tappe storiche dello studio del consumo massimale d’ossigeno (VO2 max) nel bambino e nell’adolescente. Essa rivela che, durante una trentina d’anni (1830-1970), il materiale e la metodologia erano usciti da studi fatti sull’adulto. Tuttavia, dopo quest’ultimo periodo il materiale ergometrico ed i metodi di misura hanno maggiormente tenuto conto della specificità biologica del bambino. L’evoluzione del VO2 max nel bambino è, tra le altre cose, influenzata all’ereditarietà, dallo sviluppo biologico, dall’allenamento e dall’ambiente. Lo studio della letteratura non mostra relazioni molto significative tra il dispendio energetico giornaliero ed il VO2 max. Si ammette sempre più che il miglioramento della potenza massimale aerobica necessita degli obblighi muscolari ripetuti e relativamente intensi al fine d’indurre delle modificazioni funzionali durature. Nel corso della crescita, il miglioramento del VO2 max con l’allenamento sistematico del sistema aerobico è indelineabile, tuttavia certi studi suggeriscono che questa “allenabilità” sarà meno manifesta nel bambino prepubere in rapporto all’adulto. Tra gli argomenti avanzati citiamo: 1) dei programmi d’allenamento meno intensivi nel bambino; 2) dei valori di VO2 max specifico (ml.kg-1.min-1) spesso già elevati nel bambino prepubere; 3) l’evoluzione di certi indici biologici (testosterone, GH, IGFI, ecc.) che diventano funzionali nel corso della pubertà. La pubertà appare quindi un periodo critico nel miglioramento della performance aerobica, senza che il VO2 max specifico non aumenta obbligato-

La potencia aeróbica máxima en los niños (de 1938 a nuestros días)

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riamente. All’opposto, ed in rapporto all’adulto, sembra che il giovane organismo si decondizioni in maniera meno marcata seguita da una mancanza di obblighi muscolari (inattività fisica, riposo forzato a letto, disallenamento…). Sapendo che l’allenamento migliora il VO2 max di circa il 10%, che il bambino accidentalmente mantenuto a letto diminuisce il suo potenziale aerobico di circa il 15%, la plasticità del VO2 max può essere stimata a circa il 25% nel corso della crescita. Limitazioni d’ordine etico che metodologico fanno sì che le informazioni riguardanti l’adattamento del bambino all’esercizio massimale sono ancora indietro in rapporto alle osservazioni ottenute nell’adulto. Parole chiave : VO2 max, ergometria, crescita, maturazione, allenamento.

Zusammenfassung Diese Übersicht beabsichtigt, die historischen Etappen der Studien zur maximalen Sauerstoffaufnahmefähigkeit (VO2max) beim Kind und beim Jugendlichen darzustellen. Sie zeigt, dass während einer Periode von etwa 30 Jahren (1938-1970) das Material und die Methoden denen bei Untersuchungen mit Erwachsenen entsprachen. In letzter Zeit jedoch haben die ergometrischen Instrumente und die Messmethoden zunehmend der biologischen Besonderheiten des Kindes Rechnung getragen. Die Entwicklung der VO2max beim Kind ist unter anderem durch Erbanlagen, biologische Entwicklung, Training und Umwelt bedingt. Die Literatur belegt keinen sehr signifikanten Zusammenhang zwischen täglichem Energieverbrauch und der VO2max. Immer mehr ist man davon überzeugt, dass eine Verbesserung der maximalen aeroben Leistungsfähigkeit eine wiederholte und relativ intensive Muskeltätigkeit erfordert, um anhaltende funktionelle Veränderungen hervorzurufen. Während des Wachstums ist die durch systematisches Training des aeroben Systems induzierte Verbesserung der VO2max unbestritten, allerdings scheint diese Trainierbarkeit bei vorpubertären Kindern im Vergleich zu Erwachsenen geringer zu sein. Unter anderem werden folgende Argumente angeführt: 1) weniger intensive Trainingsprogramme beiden Kindern; 2) häufig schon erhöhte spezifische VO2max-Werte (ml.kg-1.min-1) beim präpubertären Kind; 3) die Entwicklung einiger biologischen Marker (Testosteron, GH, IGFI...), die während der Pubertät funktionell werden. Die Pubertät scheint also eine kritische Periode in der Verbesserung der aeroben Leistungsfähigkeit zu sein, ohne dass die spezifische VO2max unbedingt ansteigen muss. Hingegen scheint der junge Organismus, im Gegensatz zum Erwachsenen, weniger schnell abzubauen, wenn muskuläre Reize fehlen (körperliche Inaktivität, Bettlägerigkeit, Abtrainieren...). Da man weiß, dass Training die VO2max ungefähr 10% verbessert, und dass ein Kind durch unfallbedingte Bettruhe sein aerobes Potential um ungefähr 15% vermindert, kann man die Plastizität der VO2max während der Wachstumsperiode auf etwa 25% schätzen. Bedingt durch ethische und methodologische Grenzen haben Kenntnisse bezüglich der Anpassungsfähigkeit im Bereich der maximalen Leistungsfähigkeit im Kindesalter verglichen mit denen im Erwachsenenalter einen Rückstand. Schlagwörter : VO2max, Ergometrie, Wachstum, Reifung, Training.

Die maximale aerobe Leistungsfähigkeit beim Kind (von 1938 bis heute)