A quoi sert la VO2Max ?

Pendant des années, la Vo2Max a été présentée comme le plus fidèle reflet de la forme. On la citait pour pronostiquer le succès des uns, l'échec des autres. On se trompait souvent. A tel point qu’on se demande actuellement si on n’a pas eu tort d’accorder autant d’intérêt à cette pseudo " cylindrée humaine ".

Un comparatif de base.

Suffit-il de posséder la meilleure VO2Max du peloton pour gagner le Tour de France ? Bien sûr que non. Le sport perdrait d'ailleurs beaucoup d'intérêt dans cette forme de déterminisme physiologique. D'un autre côté, il faut bien reconnaître que la victoire n'est pas non plus tout à fait le fruit du hasard.

 Le partage entre les déterminants plus ou moins rationnels de la performance constitue d'ailleurs un de ses charmes principaux. Bien entendu, par la science on essaye toujours de réduire la part d'aléatoire.

 Les premières découvertes importantes datent de 1923 lorsque deux physiologistes britanniques, Hartley Lupton et Alex Hill, lauréats du Prix Nobel de Médecine, établirent que la consommation maximale d'oxygène augmentait avec la vitesse de course.

 Un demi-siècle plus tard, l'idée fut reprise par d'éminents spécialistes scandinaves qui établirent les premiers tests d'évaluation de capacité maximale de consommation d'oxygène, appelée VO2Max, qui devaient donc refléter le potentiel sportif de chacun. Ils tombèrent d'accord pour un protocole d'augmentation de l'effort par paliers, sur un tapis roulant ou un vélo fixe, jusqu'à atteindre la vitesse maximale au-delà de laquelle le sujet se condamnait soit à faiblir, soit à s'arrêter. La mesure des gaz expirés permettait d'établir assez précisément la quantité d'oxygène consommée à chaque instant.

Ce test connut rapidement beaucoup de succès. Il permettait d'établir une première hiérarchie entre les sportifs à laquelle plusieurs générations de physiologistes et d'entraîneurs accordèrent le plus grand crédit. Les athlètes, prirent l'affaire très au sérieux, au point que certains d'entre eux n'hésitent plus à mentionner leur VO2Max au même titre que leur taille, leur âge ou leur poids. Mais lorsqu'on leur demande à quoi correspond réellement ce paramètre et ce qui en définit les limites, la fierté laisse place à un certain embarras. Il faut dire que la définition de VO2Max, bien que donnant lieu à un énoncé relativement court, recouvre des notions très complexes.

 La règle de trois n'aura pas lieu

La VO2Max se décrit comme "l'aptitude maximale de l'individu à capter l'oxygène, à le transporter et à l'utiliser au niveau musculaire" (Green H Patla A Médecine et Science du Sport 1992). On parle aussi de puissance maximale aérobie, ce qui renvoie à une notion de performance. Or les chiffres ne s'accordent pas toujours avec cette vision des choses.

 Dans le domaine de l'athlétisme, on a ainsi mesuré des valeurs record chez le Britannique David Bedford –une VO2Max impressionnante de 85 ml/ min.kg- sans qu'il n'ait laissé de traces inoubliables dans les paramètres. Chez les femmes, on cite souvent le cas de Grete Waitz avec ses 77ml/min.kg qui ne lui ont pourtant jamais permis de réaliser mieux que 2h36, sur marathon, alors qu'avec une valeur comparable, Alberto Salazar, quadruple vainqueur du marathon de Boston, a couvert la distance en 2h08min13s. On peut aussi citer les cas de Steve Préfontaine et de Franck Shorter, deux des meilleurs coureurs de demi-fond des années 70, dont les valeurs de consommation maximale d'oxygène présentaient un écart de 16% en faveur du premier. Mark Plaatjes, le coureur américain, a réalisé des exploits malgré une VO2Max de 69 ml/min.kg, c'est-à-dire un chiffre qui correspond à la valeur moyenne relevée au niveau régional.

 Si on applique rigoureusement les équations qui, à partir de la VO2Max, prédisent les records de chaque athlète, Derk Clayton, recordman des Etats-Unis pendant près de dix ans, n'aurait jamais dû réaliser mieux que 2h23min, alors que Craig Virgin, dont le record personnel s'est situé à 2h10min, aurait dû en théorie, courir le marathon en 2h04min31s. Bref, cela ne marche pas.

Comment expliquer que l'on ait pu se fourvoyer à ce point ?

 En fait, on a commis l'erreur d'extrapoler au plus haut niveau des résultats recueillis dans une plus large population où la VO2Max constitue une bonne valeur prédictive des aptitudes sportives de chacun. Cela marche encore dans une population de sportifs pour distinguer l'élite de la masse des pratiquants. Parmi les cyclistes, par exemple, la moyenne de la VO2Max du groupe le plus performant dépasse nettement celle du milieu du peloton. Mais dès lors qu'on applique cette analyse sur des groupes plus homogènes, par exemple les marathoniens en dessous de 2h15min, on boit le bouillon.

D'autres paramètres rentrent en ligne de compte. Lesquels ?

Pendant longtemps, on a fait appel à des notions un peu flou de la motivation. On pensait que les coureurs dotés d'une cylindrée plus faible, tel Derek Clayton, compensait ce handicap physiologique par un mental hors du commun. Ce raisonnement tenu par des scientifiques tout à fait respectables, devenait pourtant absurde lorsqu'on l'appliquait à des champions comme Grete Waitz ou Steve Préfontaine, car il sous-entendait qu'avec leurs capacités physiques hors du commun, ils devaient manquer de bravoure pour ne pas courir encore plus vite. En fait, le courage n'a rien à voir là-dedans. On se mit à explorer d'autres pistes.

La VO2Max adultère

D'abord, on s'inquiéta de connaître la fiabilité du test. La VO2Max est-elle sujette à des variations ? Pour le savoir, on réunit 10 sportifs pendant l'année 1995 et on leur demanda de passer un test de VO2Max chaque semaine pendant près d'un an (Kuipers, Verstappen et collaborateurs). Chez tous les sujets, on remarqua d'importantes variations des résultats (de 4,2% à 11,35%). Ces écarts ne correspondaient pas à des progrès dans l'entraînement, d'ailleurs les performances du terrain restaient relativement stables, mais ils survenaient de façon tout à fait aléatoire. La VO2Max n'est donc pas cette valeur immuable avec laquelle on la confond souvent. De la même façon, il n'est pas du tout évident qu'elle reflète le niveau d'effort aussi fidèlement qu'on pouvait le penser.

 Dès 1930, David Dill s'était fait la remarque suivante : a allure comparable, tous les sujets de même corpulence ne dépensent pas la même énergie. A la fin des années 1960, David Costill et Jacks Daniels constatèrent aussi des variations importantes de la consommation d'oxygène pour un même effort. Ils ouvraient ainsi un nouveau domaine de recherche baptisé d' "économie gestuelle". Disons-le tout de suite, en course à pied, on ne sait toujours pas pourquoi le rendement mécanique varie autant. Il est probable que le niveau d'anxiété du coureur joue un rôle. En outre, certains styles de course paraissent plus ou moins adaptés à des distances, comme la foulée du marathonien ou plus bondissante sur la piste. Mais la maîtrise technique d'un geste aussi simple est encore loin d'être complète.

Dans le cas du vélo, les risques d'erreurs se trouvent multipliés par l'intervention d'un autre élément : la vitesse de pédalage. En tournant les jambes trop vite ou trop lentement, on se fatigue prématurément. Des scientifiques scandinaves ont démontré que pour des efforts intenses, la cadence idéale de révolution était de 60 tours par minute. Les processus anaérobies défavorables intervenaient à mesure que l'on s'écartait de cette valeur.

 Ils s'aperçurent ainsi que l'on pouvait faire varier les résultats d'un test de VO2Max sur ergocycle en imposant ou non le rythme de pédalage. Et ce n'est pas tout. Après avoir mis en cause la reproductibilité du test et sa fiabilité, on a découvert que les résultats variaient aussi en fonction du protocole et surtout du matériel choisi (Flandrois F 1994 "Exploration du métabolisme aérobie" in: Monod H & Coll : "Médecine du sport pour le praticien". Simed Ed.).

 Chez les sédentaires, la VO2Max mesurée sur le vélo d'appartement est généralement inférieure de 7% à celle mesurée sur tapis roulant.

Chez les sportifs, on obtient toujours les meilleurs résultats dans l'exercice qui se rapproche le plus de la discipline d'origine : tapis roulant pour les marathoniens, ergocycle pour les cyclistes.

Chez les triathlètes, les différences sont telles qu'au plus haut niveau, les champions en tiennent compte dans l'établissement des programmes d'entraînement et règlent leur cardio-fréquencemètre selon des paramètres différents dans les trois sports.

Une chaîne haute fidélité

De plus en plus clairement, cette VO2Max que l'on imaginait comme un parfait étalon de la forme se révèle fluctuante et imprécise. Il y a une question plus fondamentale qui la concerne et face à laquelle nous restons toujours sans réponse : qu'est-ce qu'on mesure vraiment ? En d'autre termes, quels sont les facteurs limitants de la VO2Max ? Quels sont les freins ?

 Lorsqu'on achète un chaîne Hi-Fi, les vendeurs ne se privent pas de vous expliquer que la qualité d'ensemble de l'installation dépendra toujours de l'appareil le moins performant : lecteur de CD, amplificateur, baffles. Ce type d'argument pousse à la dépense, comme dans l'histoire du type qui rabote les pieds d'une table bancale.

En physiologie humaine, c'est un peu la même chose. La VO2Max reflète toujours le maillon le plus faiblard de la longue chaîne de réactions qui amène l'oxygène des alvéoles pulmonaires et qui permet son recrachage sous forme de CO2 après utilisation dans les cellules.

Normalement, le problème ne se situe pas au niveau des mouvements respiratoires. Si on s'en tenait aux seules mesures ventilatoires, l'être humain susceptible de respirer plus de 200 litres d'air par minute serait parfaitement capable d'atteindre une VO2Max supérieure à 10 litres, ce qui ne se rencontre jamais. Le travail des poumons et des bronches n'est donc pas responsable d'un plafonnement de la VO2Max, sauf bien sûr dans le cas d'une crise d'asthme ou autres maladies respiratoires. Le passage de l'oxygène à travers la membrane alvéolaire et sa pénétration dans le sang ne limitent pas, eux non plus, les aptitudes physiques.

 En effet, la saturation du sang en oxygène demeure normale même au dernier stade d'un exercice épuisant. Serait-ce alors le système de transport de cet oxygène par le sang ?

 De nombreux indices le laissent à penser. Ainsi, chaque fois qu'on a pu augmenter le nombre de globules rouges (transfusion sanguine, érythropoïétine), on a également noté une amélioration de la VO2Max. Toutefois, la concentration de globules rouges ne serait pas seule à dicter sa loi.

 Au niveau musculaire, la poursuite de l'effort dépend de l'activité de certains enzymes clés dans la mitochondrie. On sait ainsi qu'à la suite d'un empoisonnement par le plomb, Greg Lemond a vu chuter ses performances avec un déclin des filières énergétiques de la cellule. Enfin une dernière hypothèse nous est proposée par T. Noakes et l'équipe de Patla.

Elle repose sur des notions nouvelles de cinétique. Pour ces chercheurs en effet, on a tort de considérer qu'un exercice réalisé à 50% de leur maximum. Pour eux, on se trouve plutôt face à une situation où 50% des muscles travaillent à 100% de leur maximum. Vous suivez ? Ils observèrent en effet qu'au cours d'un effort progressif, les différents groupes musculaires se relayaient et s'épuisaient successivement même à des intensités relativement faibles. Cette observation donne du crédit aux témoignages de coureurs qui trouvent plus fatigant de courir lentement que de courir vite.

 Bref, il se produit une acidose dans le muscle et celle-ci altère des structures cellulaires très particulières, comme la pompe à sodium qui règle les mouvements ioniques dans les tissus. On comprend ainsi que des valeurs différentes seront atteintes aux tests de VO2Max selon le protocole choisi et surtout la durée des paliers. On pense alors mesurer une consommation maximale d'oxygène et on se trouve face aux conséquences biochimiques d'une précédente acidose.

 Au stade de nos savoirs, il semble de plus en plus évident que la connaissance de VO2Max seule ne serve à rien et ne prédise pas le palmarès sportif d'un champion. Jugé à l'aune de nos tests, Erwan Menthéour (97 ml d'O2/kg.min) et Richard Virenque  (70 ml d'O2/kg.min) n'ont rien de commun ; l'un était fait pour devenir leader, l'autre disposait tout juste de qualités suffisantes pour devenir équipier. Et pourtant…

 D'un point de vue pratique

La mesure de VO2Max implique de soumettre le sujet à un effort progressif par paliers et d'observer chaque fois l'adaptation de sa consommation d'oxygène. Celle-ci est linéaire jusqu'à un certain point où l'on observe un décrochage, c'est-à-dire que l'intensité de l'effort continue d'augmenter, mais que les paramètres cardiorespiratoires plafonnent. C'est ce plafond que l'on a appris à considérer comme la VO2Max.

Or, des études récentes suggèrent que ce phénomène ne survient que dans la moitié des cas. Beaucoup d'individus parviennent donc à poursuivre leur effort jusqu'au bout, sans qu'on observe le moindre accroc dans la linéarité de l'adaptation. Chez eux, on ne trouve pas de différence –ou alors très faible- entre la puissance aérobie et anaérobie. Des athlètes de haut niveau parviennent aussi à soutenir pendant plusieurs minutes des exercices à 95% de leur maximum.

 Cette faculté de puiser aussi profond dans leurs réserves leur permet sûrement de compenser un éventuel manque de puissance. Mais cela ne nous aide pas lorsqu'il s'agit de déterminer exactement la valeur du test.

Aussi a-t-on développé d'autres critères d'atteinte de la VO2Max. Par exemple, on suit la fréquence cardiaque et lorsqu'elle atteint des valeurs proches du maximum, on peut supposer que le sujet est au bout du rouleau. Mais la prise en compte de ce critère est peu fiable. D'abord parce que l'on connaît souvent mal la fréquence cardiaque maximale d'un individu. La formule "FC max = 220-l'âge" ne possède qu'une valeur statistique et on sait qu'il existe des écarts significatifs entre les individus, surtout chez les sportifs. En outre, le délai s'avère souvent très court entre le plafonnement de la fréquence cardiaque et la fin de l'effort. Il est même parfois inexistant.

 Aussi, on tient également compte de l'augmentation du taux de lactate. Au-delà de 9 mMol/l, on estime que l'effort a vraiment été poussé à son maximum. Enfin, le quotient respiratoire (CO2/O2) passe au dessus de 1,1, ce qui est une façon de témoigner de la production intense d'action d'acide lactique et donc de l'engorgement du muscle qui signifie la fin de l'effort.

Certains auteurs considèrent que la satisfaction de deux de ces trois critères suffit à valider le chiffre de VO2Max.