VO2max

Nouvel article dans la série « comment fonctionne le corps d’un coureur » après :

Dans cet article, je présente une notion essentielle dans la pratique sportive : la VO2max.

Définition de la VO2max

L’oxygène est utilisé comme comburant (et pas carburant comme on le lit souvent : il facilite une réaction de combustion / oxydation mais ne brûle pas lui-même) par nos muscles : sa présence dans nos cellules permet d’initier les réactions chimiques qui dégradent le glucose (le sucre) apporté par notre alimentation pour le transformer en ATP (Adénosine Tri-Phosphate), molécule qui est la seule forme d’énergie utilisable par les muscles. Pour continuer dans l’analogie « automobile » que j’affectionne, l’ATP est l’essence (et donc le vrai carburant) de notre corps. Donc, plus notre corps absorbe de l’oxygène, plus nos muscles sont aptes à produire des efforts.

La VO2max est le volume maximal d’oxygène absorbé par unité de temps, elle est exprimée en litres par minute.

Pour permettre la comparaison entre les individus, la notion de VO2max spécifique a été introduite : elle consiste à diviser la VO2 max « physiologique » d’un individu par son poids. La VO2max spécifique est exprimée en ml/mn/kg. Dans la littérature sportive, le terme « VO2max » est abusivement employé pour parler de la VO2max spécifique. Je pense que le vocabulaire devrait s’adapter aux pratiques actuelles et j’utilise pour ma part la convention suivante dans le reste de mon article :

  • la VO2max spécifique est appelée VO2max (tout court),
  • la VO2max (au sens scientifique) est appelée VO2max physiologique.

A retenir : dans la pratique sportive, la VO2max (sous-entendue « spécifique ») est le volume maximal d’oxygène absorbé par unité de temps et par unité de poids. Elle est exprimée en millilitres par minute et par kilogramme. Par analogie avec une automobile, la VO2max est souvent qualifiée de « cylindrée » du coureur puisque qu’elle mesure la capacité de notre organisme à fournir l’oxygène nécessaire à la réalisation des efforts.

Valeurs de VO2max

La valeur de VO2max dépend principalement :

  • de la génétique : vous êtes nés avec un corps qu’il est difficile de changer, notamment au niveau de la capacité pulmonaire;
  • de l’âge : la VO2max est maximale à 20 ans et décroit au fil de l’âge jusqu’à atteindre 20% de moins à 65 ans;
  • du sexe : désolé mesdames mais Dame Nature est sexiste puisqu’elle vous octroie une VO2 max en moyenne 20% inférieure à celle de l’homme;
  • indirectement de l’altitude (plus on monte, moins il y a d’oxygène dans l’air donc moins on peut absorber);
  • et bien sûr (heureusement pour ce blog) de la condition physique de l’individu concerné.

Ce tableau (en provenance du site Suunto mais vous pouvez le trouver un peu partout) donne les valeurs de VO2max statistiques en fonction de l’âge :

Running_Chart

Les champions toutes catégories de la VO2max sont les sportifs d’endurance : cyclistes, marathoniens, fondeurs. Voici quelques valeurs mesurées chez certains de ces champions :

  • Cyclisme :
    • Greg Lemond – 92,5
    • Miguel Indurain – 88
    • Chris Fromme – 84,6
    • Lance Armstrong – 84
  • Course à pied :
    • Kilian Jornet – 89,5
    • John Ngugi – 85
    • Kip Keino – 82
    • Joan Benoit (seule femme) – 78,6
  • Ski de fond – Biathlon
    • Bjørn Dæhlie – 96
    • Ole Einar Bjœrndalen – 86

Palmarès complet disponible ici.

Votre serviteur aurait un VO2max de 48 pour un âge vénérable de bientôt 48 ans. Applaudissements SVP… Je souligne toutefois le mot « aurait » parce que la mesure de la VO2 max est tout sauf évidente.

Comment mesurer la VO2max ?

La seule méthode valide : l’examen clinique

Il existe une formule mathématique précise pour définir la VO2max, l’équation de Fick :

VO2max = Q x (CaO2 – CvO2)

où :

  • Q est le volume de sang pompé par le coeur par unité de temps,
  • CaO2 est la concentration en oxygène (O2) du sang artériel (qui part des poumons pour aller irriguer le corps du précieux oxygène dont il vient de se gaver),
  • CvO2 est la concentration en oxygène (O2) du sang veineux (qui revient aux  poumons pour aller y rejeter le gaz carbonique issus des muscles).

Vous l’aurez compris : seul un examen clinique permet de mesurer précisément le volume des échanges gazeux (grâce à un masque respiratoire) et le débit sanguin (grâce à une espèce de radar cardiaque) et donc de calculer rigoureusement la VO2max. En fonction de votre pratique sportive, cet examen se déroule soit sur vélo d’intérieur, soit sur tapis roulant. Cela coûte évidemment de l’argent et je n’en ai jamais fait à ce jour.

Cet article explique très bien le déroulement d’un test VO2 max.

Tests terrains et formules magiques

Grâce à Newton, Galilée, Einstein et autres, nous savons modéliser le comportement des étoiles et planètes, ce qui nous permet d’envoyer une sonde se poser sur une comète de quelques km2 à des millions de kilomètres de la Terre, après un voyage de plusieurs années sans intervention humaine. Encore mieux : on sait même la retrouver après l’avoir perdue !

Pour le corps humain, il n’en est rien : son fonctionnement est tellement complexe qu’il est impossible de le modéliser correctement. Comme je l’ai déjà expliqué dans un précédent article, les scientifiques choisissent un échantillon de personnes, leur font subir des examens et prennent des mesures à l’occasion. A partir de ces mesures ils déduisent des formules approximatives fonctionnant correctement avec leur échantillon de données. Ces formules sont ensuite extrapolées à la population entière. Certes tout ceci est fait de manière scientifique mais cela reste des approximations faites sur un nombre limité de personnes, dans des conditions très spécifiques.

Tous les protocoles de mesure « hors-clinique » ont donc le même principe :

  • faire monter progressivement le coureur en puissance jusqu’à un maximum,
  • mesurer un paramètre : distance parcourue, temps, fréquence cardiaque maximale atteinte…
  • utiliser une formule mettant en relation ce paramètre et la VO2max.

Test de Cooper

Le test le plus connu et le plus simple est sans doute le test de Cooper qui consiste à courir la plus grande distance possible en 12 minutes, sans jamais dépasser les valeurs de sa fréquence cardiaque maximum (théorique ou réelle si vous la connaissez) et sans sprinter à la fin. Pourquoi 12 mn me demanderez-vous ? Parce que 12 minutes représente la durée limite de maintien correspondant à 85% de la VO2 max.

La VO2 max est déduite de la formule suivante :

VO2max (ml/mn/kg) = 0,022 x (distance en mètres – 10,39)

ou encore

VO2max (ml/mn/kg) = (distance en mètres – 504,9)/44,73

Test de l’université de Montréal

Le test d’effectue sur piste et son protocole est plus difficile à mettre en oeuvre. Le coureur commence à 6 km/h et augmente sa vitesse de 1,25 km/h toutes les 2 minutes, jusqu’à atteindre une vitesse au-delà de laquelle il ne sait pas tenir les 2 minutes. Si V est la vitesse en km/h du dernier palier effectué au complet, la VO2max est obtenue par la formule :

VO2max (ml/mn/kg) = 1,35 + 3,1 V + 0,012 V²

Test de Léger

Il consiste à faire des allers-retours sur une distance de 20m avec une une vitesse initiale est de 8 km/h qui augmente de 0,5 km/h toutes les 2 minutes. Si V est la dernière vitesse supportée pendant 2 mn alors :

VO2max (ml/mn/kg) = 5,86 V – 19,46

Autres tests

Autres formules magiques

La plus simple que j’ai trouvée est l’estimation de Uth–Sørensen–Overgaard–Pedersen :

VO2max (ml/mn/kg) = 15,2 x FCmax / FCrepos

Appliquée à mon cas personnel (FCrepos = 60 / FCmax = 188), j’obtiens une VO2max de 47,6 (proche de mon estimation « sérieuse » de 48).

Il existe aussi de nombreux tableaux qui, en fonction de votre VO2max, vous donnent vos meilleures performances théoriques sur différentes distances. En utilisant ces formules « à l’envers » il est possible d’avoir une idée approximative de sa VO2max (à supposer que vous ayez couru à votre maximum). Par exemple :

Perf VO2max« 

Dans mon cas, j’ai un record sur le 10 km à 43’26 (et je peux certifier que je me suis arraché !)  et  je retrouve bien une VO2max comprise entre 47 et 49,7 (donc cohérente avec mes « 48 » mesurés).

Mesure à l’aide d’un cardio-fréquencemètre

Les cardio-fréquencemètres actuels offrent pour la plupart une estimation de la VO2 maximale atteinte au cours d’une sortie. Si vous faites un exercice type « Cooper » avec votre cardio, la valeur de VO2 maximale calculée correspondra donc en principe à votre VO2max. Pour évaluer votre VO2 sur un exercice, Suunto et Garmin utilisent une méthode développée (brevetée ?) par la société FirstBeat. La VO2max pendant l’exercice est calculée à partir de trois paramètres :

  • la fréquence cardiaque,
  • la vitesse atteinte au cours de l’exercice,
  • la variabilité de la fréquence cardiaque qui mesure les écarts de temps les écarts de temps entre les intervalles de battements cardiaques (intervalle R-R, respiration rate).

Voici deux papiers intéressants qui expliquent (un peu) la méthode FirstBeat

Quand j’annonce présomptueusement une VO2max de 48, c’est le résultat que j’ai atteint plus de deux fois d’après mon Ambit 2R. Comme cette valeur correspond peu ou prou à ma meilleure performance sur 10 km, j’admets qu’elle est bonne, d’autant plus qu’elle contribue à flatter mon ego.

Attention tout de même :

  • la FCmax doit être correctement paramétrée dans les paramètres corporels (voir ici),
  • La FC maximale enregistrée au cours de l’exercice a une influence prépondérante dans le calcul de la VO2max. Si une erreur de connexion conduit à la mesure d’une FC très importante, alors votre VO2max atteindra elle-aussi des sommets. Avant de vous emballer, vérifiez le profil cardiaque de votre exercice 🙂

Comment améliorer la VO2max ?

Nous allons entrer un peu plus dans le détail de la physiologie de la respiration pour analyser les nombreux facteurs pouvant contribuer à l’amélioration de la VO2 max. Je vais aussi profiter de l’occasion pour parler de dopage et de la vaste fumisterie des prescriptions médicales autorisées par les autorités anti-dopage.

La méthode la plus simple pour augmenter la VO2max

Commençons par une boutade : la meilleure la plus simple pour augmenter votre VO2max est simplement de perdre du poids.

En effet, comme nous l’avons vu précédemment :

VO2max (spécifique) = VO2max (physiologique) * 1.000 / Poids en kg

Donc, à capacité physiologique constante (en gros vous ne changez rien d’autre que votre poids), le simple fait de perdre du poids fait augmenter « mathématiquement » la VO2. Sans doute ce que l’on appelle « améliorer le rapport poids/puissance ». 🙂

N’oubliez donc jamais que ce qui compte vraiment n’est pas la VO2 (qui n’est qu’un indicateur permettant de comparer des individus entre eux) mais la VO2 physiologique.

Augmenter le volume d’oxygène inspiré

Pour augmenter la VO2 max, il est tout d’abord important d’inspirer suffisamment d’oxygène dans les poumons. Deux facteurs sont en jeu :

  • la capacité pulmonaire (en gros le volume des poumons),
  • le taux de renouvellement de l’air dans les poumons.

La capacité pulmonaire est quasi-figée par la génétique. Il n’existe pas d’opération miracle d’extension des côtes permettant d’augmenter le volume pulmonaire. Il est toutefois possible de travailler sur sa posture de course pour ouvrir la poitrine, en se tenant droit, les épaules vers l’arrière et éviter de faire croiser les bras en courant. La natation et le yoga sont d’excellents exercices.

Le taux de renouvellement de l’air dans les poumons est un facteur sur lequel il est possible de travailler. L’homme et le dauphin ont des capacités pulmonaires quasi-identiques mais le dauphin renouvelle l’air dans ses poumons à près de 90% alors que nous ne le renouvelons en moyenne qu’à 50%. Ceci se travaille une meilleure technique de respiration : il faut respirer par le ventre. En rentrant votre ventre vous comprimez le diaphragme, ce qui permet de mieux expirer l’air. En relâchant vos abdominaux, le diaphragme redescend et contribue à aspirer l’air. Cette technique de respiration est aussi utilisée par les chanteurs, journalistes ou les hommes politiques pour leur éviter de reprendre bruyamment leur respiration en pleine performance. Vous pouvez trouver de nombreux tutoriels sur le net pour apprendre à respirer par le ventre. Par exemple ici. La respiration par le ventre a d’autres vertus : elle est dé-stressante et aide à renforcer la ceinture abdominale (et donc faire disparaître le petit bedon disgracieux). La respiration par le ventre est aussi facilitée par un travail de gainage des abdominaux. Je pense que sur ce point l’entrainement des apnéistes devrait être source d’inspiration mais je n’ai pas eu le temps de creuser.

A noter aussi l’existence d’un instrument de torture qui « pourrait » améliorer votre respiration : l’Hypox. Son principe : limiter l’entrée d’air pour vous obliger à inspirer / expirer profondément. Je n’ai pas trouvé d’essai réellement convainquant sur ce gadget … et je n’ai pas envie de l’essayer. Signalons aussi la méthode Spironess.

Augmenter la surface d’échange poumons / circuit sanguin

Le circuit sanguin et les poumons entrent en contact au niveau des bronches : les globules rouges captent l’oxygène de l’air des poumons pour l’acheminer (via les artères) vers les muscles et, au retour par le circuit veineux, les mêmes globules rouges relâchent le gaz carbonique résidu.

Donc plus la surface des bronches est importante (plus les bronches sont « ouvertes »), meilleur l’échange est. A contrario, des bronches obstruées par un rhume, des déchets (pour les fumeurs) ou par l’asthme empêchent un bon échange. L’enjeu est donc d’ouvrir les bronches.

Certaines méthodes naturelles ne font pas de mal, par exemple respirer des huiles essentielles de pin.

Revenons à l’asthme. Sachez que de nombreux cyclistes (et probablement des coureurs de fond) sont des asthmatiques. Enfin, disons qu’ils ont une prescription médicale d’un produit comme la Ventoline(R) (produit actif : le Salbutamol). Avantage : cela dilate les bronches. Dopage ? Mais non, puisque c’est sur prescription médicale ! Si vous avez eu l’opportunité d’assister (ou de vivre vous-même) une crise d’asthme, vous savez quoi penser d’un asthmatique qui grimpe les cols alpins à 30 km/h. Article intéressant à lire ici.

Augmenter le taux de globules rouges

Comme les globules rouges sont les camionneurs transporteurs d’oxygène, plus il y en a, mieux c’est … jusqu’à une certaine limite sinon un bouchon se forme et vous pouvez en mourir.

Sur une analyse de sang, l’hématocrite désigne la proportion de globules rouges contenus dans le sang par rapport au volume total du sang. Il s’agit donc d’un pourcentage. Les valeurs considérées comme « normales » sont comprises entre 40 et 50 % pour les hommes et 37 et 47 % chez les femmes (mais ces valeurs diffèrent un peu suivant les sources).

Avoir suffisamment de globules rouges de bonne qualité est donc essentiel. Une seule méthode naturelle pour améliorer la production de globules rouges : le séjour en altitude. En manque d’oxygène, le corps va produire plus de globules rouges et, en redescendant à un niveau plus proche de la mer, vous en bénéficierez. L’Hypox cité plus haut aurait le même effet : mettre le corps en dette d’oxygène. Mais, à moins de respirer 100% de son temps avec pendant plusieurs jours (ce qui n’est pas recommandé par le fabriquant), je doute sérieusement des effets.

Il est important d’avoir suffisamment de fer dans le sang, puisqu’en cas de carence en fer, les globules rouges fabriqués seront de mauvaise qualité (ils seront atrophiés). Pour trouver du fer, inutile d’attaquer un cycliste dopé dans un col alpin pour lui dévorer son vélo (d’ailleurs souvent en carbone de nos jours), il suffit de manger de la viande rouge ou des légumes secs.

Revenons au dopage. La grande vedette de ces dernières années est une hormone : l’EPO, l’Érythropoïétine qui augmente la production de globules rouges. Au temps de sa splendeur, les coureurs cyclistes faisaient des pompes pendant la nuit pour faire circuler le sang devenu trop visqueux. Les autorités anti-dopage ont mis beaucoup de temps avant de pouvoir détecter l’EPO dans le sang. Des doses infimes suffisent et disparaissent rapidement. De guerre lasse, il a été décidé que, au-dessus de 50% d’hématocrite, vous êtes dopé. Ne rêvons pas : ce dopage subsiste. Il suffit de s’injecter du sérum physiologique juste avant un contrôle pour diluer le sang suffisamment et passer en dessous de la barrière fatidique des 50%. La scène est décrite dans l’excellent film « The Program » sur Lance Armstrong.

Augmenter l’absorption de l’oxygène au niveau des muscles

Tout comme les poumons, il « suffit » augmenter la surface d’échanges entre le sang et les muscles. Cet échange se fait au niveau des capillaires, de minuscules vaisseaux sanguins, étape « finale » du circuit sanguin artériel. En vous piquant le doigt avec une épingle vous percerez à coup sûr un capillaire. Vous pouvez aussi observer des capillaires « en live » dans la partie blanche de votre oeil.

Bonne nouvelle : l’entrainement fractionné et à haute intensité permet de développer la capillarité des muscles mais aussi, par des phénomènes plus complexes, à augmenter la capacité des muscles à extraire l’oxygène du sang.

Cet article (et le blog en général) est très intéressant à lire mais je suis dubitatif sur certaines affirmations.

Première affirmation : « Chez un adulte sédentaire, ce type d’entraînement régulier pe[u]t faire progresser VO2 Max de 100%. Pour un compétiteur, l’amélioration ira de 15 à 30% et même jusqu’à 50% après 24 mois d’entraînement intensif, à raison de 5 fois par semaine. » Dans ce cas, je pense que l’auteur mélange 2 choses : la VO2max elle-même, qui est liée à des paramètres physiologiques et la capacité de maintenir un effort à VO2max pendant une période donnée. Dit autrement : je peux avoir une VO2max donnée mais être incapable de l’atteindre au travers d’un test de Cooper parce que je suis incapable de courir 12 mn. En m’entrainant, je pourrai atteindre ma VO2max au travers d’un test de Cooper.

Deuxième affirmation : « l’interruption totale de l’activité physique (pour blessures avec alitement par exemple) fait chuter VO2 Max de 1% par jour pour gommer en 3 semaines les acquis d’ un entraînement régulier (2 à 3 mois seront ensuite nécessaires pour récupérer le niveau antérieur). » Dans ce cas précis, je refuse simplement d’y croire. 🙂 Plus sérieusement, j’aimerais que l’auteur cite des sources scientifiques en appui de ces affirmations.

Les potions magiques diverses et variées

Vous pouvez trouver un certain nombre de gélules miracles censées améliorer votre VO2, par exemple VO2XtremVoxamine

Je ne connais pas, je n’ai jamais essayé et je n’essayerai sans doute jamais. Dans le meilleur des cas, ces produits (chers) ne font qu’apporter quelques compléments alimentaires que vous pouvez trouver dans une alimentation équilibrée. Par exemple le VO2XTrem apporte – entre autre – des polyphénols que vous pouvez trouver à l’état naturel … dans le vin rouge. Pour le prix d’une boite, vous pouvez vous acheter une très bonne bouteille. A vous de voir 🙂 Ces produits, s’ils ne font pas de mal à votre corps, font sans aucun doute mal à votre porte-feuille.

De mon point de vue, la mécanique mentale qui conduit à acheter ce type de produit est exactement celle du dopage : je cherche un produit miracle pour améliorer « sans effort » mes performances. Mais ce n’est pas du dopage.

Conclusion

Pour un coureur amateur, j’estime que la VO2max est un peu un gadget : difficile à mesurer de manière fiable et difficile à augmenter de manière significative. Si vous souhaitez mesurer votre progression, je conseille de choisir des indicateurs de performances plus « pragmatiques » :

  • poids,
  • tour de taille,
  • FCrepos,
  • temps sur un parcours de référence,
  • record sur une distance (5km, 10km, 20km…).

Sans se focaliser sur la valeur même de VO2, il reste intéressant :

  • de travailler sa technique de respiration en apprenant à respirer par le ventre, en gainant des muscles abdominaux et en améliorant sa posture de course,
  • de développer son appareil cardio-vasculaire au travers d’exercices de fractionnés.

Un examen sanguin annuel peut aussi être intéressant pour déceler certaines carences en fer, en magnésium, en potassium et y remédier par votre médecin.

Quant aux produits miracles, à vous de voir. Certes ils ne sont pas considérés comme du dopage mais posez-vous la question au moment de l’achat : si c’était de l’EPO qui était en rayon, l’achèteriez-vous ou pas ? Depuis des années, je me contente de prendre de la Spiruline qui m’apporte la plupart des éléments nécessaires et a l’avantage d’être totalement naturelle. Bon, en même temps, mes performances ne font pas rêver beaucoup de monde…

 

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