vignette|Mesure de la Vmax sur un dispositif moderne de la mesure des échanges gazeux durant un exercice incrémental sur tapis roulant.
La consommation maximale d'oxygène ou VmaxDans VO2max, le « V » est en principe surmonté d'un point afin de signifier qu'il s'agit d'un débit. est le volume maximal de dioxygène qu'un organisme aérobie, en général, ou le sujet humain en particulier peut consommer par unité de temps lors d'un exercice dynamique aérobie maximal.
Chez l'humain, le ou la VmaxVmax est très souvent employé au féminin, car utilisé comme abréviation de « consommation maximale en oxygène ». En toute rigueur, le terme doit être masculin car le V pointé est le symbole d'un débit. s'exprime habituellement en litres de dioxygène par minute (L/min). Afin de personnaliser la mesure et tenir compte des différentes constitutions (enfant ou adulte, petits ou grands gabarits…) la valeur observée est le plus souvent rapportée à l'unité de masse corporelle pour déterminer un Vmax dit « spécifique », qui s'exprimera alors en ml/min/kg. Cette dernière valeur est un excellent indicateur de la performance potentielle du sujet dans les épreuves d'endurance, (sportives ou non) : plus elle est élevée, meilleure sera la performance éventuellement réalisée.
Valeurs courantes Chez un sujet jeune et sain, on observe des Vmax de l'ordre de chez l'homme et chez la femme. Les valeurs observées chez l'enfant prépubère sont légèrement plus élevées et ne diffèrent pas notablement entre filles et garçons du même âge (vers 9 - 10 ans). C'est la différence de masse grasse entre hommes et femmes adultes (proportionnellement plus élevée pour le sexe féminin) et de taux sanguin en hémoglobine (plus faible chez la femme) qui expliquent pour l'essentiel la différence de Vmax observée entre hommes et femmes.
Hautes valeurs Le Vmax peut mathématiquement s'exprimer comme le produit du débit cardiaque maximal par la quantité maximale d'oxygène extraite du sang artériel par les tissus (notamment par les muscles en activité) ; on parle de « différence artérioveineuse en oxygène ». À cet égard, il est possible d'améliorer artificiellement le Vmax, en provoquant une majoration de la concentration d'hémoglobine (évaluée par la mesure de l'hématocrite), par administration hormonale d'érythropoïétine (EPO). L'augmentation de l'hémoglobine circulante déterminera une augmentation de la capacité de transport de l'oxygène par le sang, donc une majoration de la différence artérioveineuse en oxygène, et enfin une augmentation de Vmax. L'hématocrite normal se situe aux environs de 45 % chez l'homme et de 40 % chez la femme. On considère en pratique qu'un hématocrite supérieur à 50 % chez l'homme est pathologique ou suspect (comme dans le cas de dopage à l'EPO) ; sauf pour les individus vivant habituellement en haute altitude (> ).
Le débit cardiaque maximal s'améliore essentiellement, lui, par l'entraînement en endurance et notamment par le travail dit « en puissance aérobie ». Ce type de conditionnement aérobie est constitué par la répétition de courtes périodes d'effort d'intensité plus ou moins proche du Vmax, allant de quelques dizaines de secondes à quelques minutes (selon l'intensité relative d'effort adopté et le niveau préalable d'entraînement), entrecoupées de périodes de récupération de durée adaptée au projet d'entraînement. Ce type de protocole d'entraînement est dénommé « exercice intermittent » ou « entraînement fractionné » ( des anglo-saxons) et peut se décliner sous de nombreuses formes selon le pourcentage de Vmax choisi pour les périodes d'effort, la durée des périodes de récupération, le nombre global de répétitions des séquences ainsi déterminées.
Chez l'athlète de haut niveau on peut observer des Vmax spécifiques atteignant chez l'homme et chez la femme . Les sportifs présentant les Vmax les plus élevées sont les skieurs de fond, les coureurs de fond et les cyclistes sur route. À titre de comparaison, certains chiens de chasse peuvent présenter des Vmax spécifiques supérieurs à , et certaines antilopes, comme l'espèce (Antilocapra americana), présenteraient des Vmax pouvant atteindre (voire plus).
Basses valeurs À l'inverse, des Vmax inférieures ou très inférieures aux normes s'observent chez les insuffisants cardiaques ou respiratoires, chez qui ce paramètre constitue l'un des meilleurs indicateurs de la réserve fonctionnelle dont dispose le sujet (aptitude à se déplacer, à monter les escaliers).
Dans des conditions habituelles chez le sujet sain, le Vmax décroît progressivement et linéairement tout au long de la vie pour atteindre vers 80 ans des valeurs de l'ordre de 30 à 40 % des valeurs observées à 20 ans. « Toutes choses égales par ailleurs » (pathologies intercurrentes aiguës ou chroniques notamment), le chiffre de Vmax observé constitue l'un des meilleurs éléments de pronostic quant à l'espérance de survie d'un individu sain à un âge avancé.
Méthodes de mesure
Il existe plusieurs moyens de déterminer le Vmax.
En laboratoire La mesure précise du Vmax s'effectue en laboratoire, sur un ergomètre de type tapis roulant ou sur ergocyclomètre, en mesurant, au cours d'un exercice dont l'intensité augmente continuellement et progressivement jusqu'à épuisement, la différence entre oxygène inhalé et oxygène exhalé par le sujet (balance de l'). Cette mesure s'effectue à l'aide d'un pneumotachomètre (ou « pneumotachographe » : capteur des débits gazeux expirés) couplé à un capillaire de prélèvement des gaz expirés. Le pneumotachomètre et le capillaire sont reliés, soit à un masque bucco-nasal attaché à la tête du sujet, soit à un embout buccal direct et port d'un pince-nez. Seuls les débits expirés (à chaque cycle ventilatoire) et les pressions partielles d'oxygène et de dioxyde de carbone (de fin d'expiration) sont mesurés. Les autres variables utiles (débits inspirés) sont calculés par l'appareillage. Les conditions physiques de la mesure (température, pression atmosphérique, humidité ambiante) conduisent à mesurer des volumes de gaz saturés en humidité, donc en partie dépendants de ces conditions qui sont dites « BTPS » (). Le système de mesure normalisera par recalcul les chiffres trouvés pour des conditions STPD ( - , , 0 % d'humidité), chiffres de fait plus ou moins minorés (de 15 à 20 pour cent en moyenne) au regard des chiffres BTPS, devant ainsi permettre d'évaluer la performance par comparaison à une norme commune.
Sur ergocyclomètre, l'exercice aérobie sera constitué d'un effort progressif, soit par paliers de charge croissante, soit selon une progression de la charge « en rampe ». Le graphique suivant montre les cinétiques des principales variables observées lors d'un effort sur ergocyclomètre :
Le graphique présenté représente les résultats d'un protocole d'exercice dynamique aérobie caractérisé par un échauffement de 100 watts d'une durée de 5 minutes, suivi de paliers croissants d'effort dont l'incrément avait été fixé à 10 watts par période de 30 secondes. Le tracé en rouge correspond à la cinétique de la fréquence cardiaque (FC), le tracé en bleu correspond à la cinétique du V, le tracé en violet correspond à la cinétique du V (production instantanée de dioxyde de carbone rapportée à l'unité de temps) et le tracé en vert correspond à la cinétique de la ventilation expirée par minute. La flèche repère le début du croisement des courbes de V et de V, moment de l'effort qui correspond habituellement au « seuil ventilatoire », lequel se révèle par un point de déflexion (plus ou moins marqué selon les sujets) sur le tracé de ventilation par minute (en vert). Chez ce sujet, l'exercice maximal réalisé atteint 330 watts, correspondant à un Vmax égal à (soit pour ce sujet de ), avec un seuil ventilatoire à (75 % du Vmax). Les performances aérobies observées correspondent à celles d'un sujet dit « sportif » de niveau moyen à bon.
Tests de terrain (gymnase ou piste d'athlétisme) La détermination du Vmax en laboratoire est très précise, mais les conditions de mesure ne peuvent reproduire les conditions réelles de l'exercice sportif. Pour cette raison d'assez nombreux chercheurs ont essayé de mettre au point différents tests de terrain, soit pour estimer plus simplement le Vmax, soit afin de déterminer des paramètres individuels de performance tels que, par exemple, la vitesse maximale aérobie (VMA) - qu'il conviendrait d'ailleurs de dénommer plus précisément 'vitesse à Vmax', dans la mesure où à Vmax une part non négligeable de l'énergie mécanique développée par le sujet est due à la participation de filières métaboliques non aérobies (métabolismes anaérobies lactique ou alactique).
Historiquement le premier test mis au point pour les sportifs (ou pour les militaires) a été le test de Cooper, lequel consiste à parcourir la plus grande distance possible en 12 minutes de course à pied (sur piste en principe). Le Vmax s'estime alors comme : Vmax (ml/kg/min) = [distance (en mètres) - 505]/45 La valeur de Vmax ainsi estimée est assez bien corrélée à la valeur réelle mesurée en laboratoire, mais une bonne corrélation n'empêche pas les biais de mesure et d'estimation, conduisant à des sur-estimations ou au contraire à des sous-estimations de Vmax.
Le test de Léger ou « test navette » est un test de terrain réalisable en gymnase, qui va permettre de déterminer une VMA et, par un calcul simple, de donner une estimation grossière du Vmax.
VMax = 3,5 × VMA , VMax en ml/min/kg, VMA en km/h
La corrélation entre le test navette de Léger et le Vmax est moins bonne que celle qui caractérise le test de Cooper, mais le test navette apparaît très bien adapté aux sports collectifs pour l'estimation des potentialités athlétiques du joueur et de sa performance physique lorsqu'il sera placé en situation de match.
D'autres tests, nécessitant l'utilisation d'une piste d'athlétisme aménagée ou du matériel (par exemple un vélo), permettent de mieux déterminer la VMA et, comme avec le test de Cooper, d'en déduire un Vmax estimé (aux réserves près évoquées supra). En voici une liste non exhaustive :
Léger-Boucher (adaptation sur une piste jalonnée de plots du test navette) VAM Eval (Cazorla et Léger) Test progressif maximal par paliers derrière cycliste (Brue) Train maximal imposé (Gacon) (Chanon et Stephan) Déclinaisons du Cooper : demi Cooper (6 minutes), Margaria (10 minutes)
Pour des sportifs compétiteurs de niveau moyen, les tests de terrain, plus simples et moins coûteux à réaliser qu'une mesure de Vmax réalisée en laboratoire, peuvent finalement se révéler plus riches d'enseignements. Les tests de terrain sont en fait et par nature plus spécifiques des conditions réelles de la compétition : pour un athlète ou pour son entraîneur, il est en effet souvent plus intéressant de connaître la VMA que le Vmax, car la VMA correspond à une valeur concrète pouvant être utilisée à l'entraînement comme base de travail de la séance afin d'améliorer les paramètres physiologiques aérobies.