Muscle oxygenation and capacity to repeat high-intensity exercises

par Pierre Ufland

Thèse de doctorat en STAPS. Performance motrice, adaptation et sports

Sous la direction de Martin Buchheit et de Saïd Ahmaïdi.

Soutenue en 2012

à Amiens .

mots clés

• Spectroscopie infrarouge proche
• Entraînement (sports) -- Physiologie
• Récupération (physiologie)

Résumé

Il est généralement accepté qu'une plus grande capacité de consommation d'O2 musculaire est associée à une meilleure performance aérobie. A l'inverse, une faible capacité de consommation d'O2 musculaire est également associée à une récupération inter-effort réduite/ralentie. A la fin des années 80, le suivi non invasif de l'oxygénation musculaire (mO2), déduite par la mesure de l'hémoglobine ([Hb]) / myoglobine ([Mb]) saturé en oxygène (O2) et de l'[Hb]/[Mb] dépourvu d'O2, a émergé dans de nombreuses études avec l'inclusion de la spectroscopie du proche infrarouge (NIRS). Le fait que la NIRS soit devenue portable rend libre l'évaluation continue de la balance entre apport d'O2 aux muscles en action et consommation musculaire d'O2 des lits capillaires du muscle considéré. Dans cette thèse, nous nous sommes attachés à examiner les considérations méthodologiques de l'utilisation de la NIRS pour évaluer mO2 et consommation d’oxygène musculaire (mVO2) (Etudes 1 et 2). Les études 2, 4 et 5 ont étudié les relations éventuelles qui peuvent exister entre la mO2 et la performance lors d'exercices répétés à haute intensité. Initialement nous avons étudié la reproductibilité et la sensibilité de mO2 post-exercice (Etude 1). Un niveau modéré de reproductibilité, ainsi qu'une indépendance des relevés en fonction de l'intensité d'exercice lors de la récupération sans occlusion ont été constatés. Par contre, lorsque la récupération de la mVO2 était observée, il fut relevé que les mesures étaient, certes modérément reproductibles à l’instar de mO2 post-exercice mais à contrario dépendantes de l'intensité d'exercice. Dans une étude subséquente (Etude 2), nous avons inspecté l'influence des changements de direction (COD) sur la mVO2. Nous avons ainsi observé une plus grande mVO2 avec COD : pour des vitesses similaires absolues de course, les courses en navette sur 20 m étaient associées à de plus grandes mVO2 que lors des courses en ligne droite. Ces résultats suggéraient que mVO2 déjà sensible à l’intensité de l’exercice, l’était aussi à la modalité de course (avec ou sans COD). En second lieu, le rôle de la mO2 sur le paramètre de récupération de force musculaire durant des efforts maximaux répétés a été examiné (Etude 3). Les résultats ont confirmé que la récupération de mO2 peut jouer un rôle modéré dans la production de force maximale. Suite à cette étude, nous avons souhaité évaluer l'influence du type d'entraînement sur la récupération de mVO2 (Etude 4). Ainsi, la comparaison entre entraînement en endurance et entraînement au sprint révèle une meilleure récupération de mVO2 dans le groupe endurance. Cette accélération de la récupération de mVO2 était liée à une meilleure capacité à répéter des sprints. L’entraînement agit donc sur le paramètre de récupération de mV2. En dernière partie, nous avons inspecté dans une étude longitudinale (Etude 5) les effets d’une période d'entraînement aérobie sur la mO2 post-sprints. L'amélioration de la capacité à répéter des sprints a été associée à l'accélération de la mO2 post-sprints, ce qui confirme que la fonction musculaire aérobie pourrait jouer un rôle au niveau dans la récupération métabolique entre les sprints.

Résumé

Monitoring non-invasively muscle oxygenation (mO2), inferred from oxygenated haemoglobin (Hb)/myoglobin (Mb) and deoxygenated Hb/Mb measures, has emerged at the end of the 80s with the develoment of near-infrared spectroscopy (NIRS). Today, NIRS devices are portable and make possible to continuously and remotely monitor the balance between oxygen (O2) delivery to working muscles and muscle O2 uptake in cpillary beds of the investigated muscle. For instance, while a high muscle O2 uptake ability in generaly associated with performance improvement, a low muscle O2 uptake ability may be associated with delayed metabolic recovery between successive efforts. The aims of this thesis were to examine the methodological considerations on the use of NIRS to asses mO2 and muscle O2 uptake (mVO2) (studies 1 and 2) and to consider the eventual relashionship that can exist between mO2 and physical performance during repeated high-intensity exercices (studies 2, 4 and 5). We first investigated the reliability and the sensitivity of the post exercise mO2 (study 1). We found a moderate level of reliability, which was independent of exercise intensity during an occlusion-free recovery condition. Conversely, when the recovery of NIRS-derived mVO2 was considered, measures were also moderately reliable but exercise-intensity dependent. In a subsequent study (studie 2), we examined the influence of changes of direction (COD) on mVO2. We observed a greaterm VO2 with COD (i. E. , at similar absolute running speeds, 20-m shuttle runs were associated with higher mVO2 than straight-line runs). These results suggested that mVO2 is also sensitive to running modality (i. E. , COD). In the second part of the thesis, we first examined the role of mO2 recovery in muscular force recovery during repeated-maximal effort (study 3). The results confirmed that mO2 recovery may play a moderate role on the maximal force production. Afterward, we investigated the influence of training background on mVO2 recovery post-exercise (study 4). We found that an endurance training background is associated with faster mVO2 recovery compared with a sprint training background, which was itself related to better repeated-sprint ability. Finally, in a longitudinal study (study 5), we examined the chronic changes on post-sprints mO2 after an aerobic training period. The improvement in repeated-sprint ability after training was related to the acceleration of the mO2 post-sprints, suggesting again that muscle aerobic function might play a role in the (metabolic) between-sprints recovery.