Un protocole maximal de nage rapide et attaché pour l'évaluation cardiorespiratoire des nageurs

Résumé

Contrairement à la mesure pendant la natation libre, qui présente des défis et des limites inhérents, la détermination des paramètres importants de la fonction cardiorespiratoire pour les nageurs peut être rendue à l'aide d'un plus faisable et plus facile à administrer la natation attachée protocole rapidement incrémenté avec l'échange de gaz et la collecte de données ventilatoires.

Résumé

L'essai incrémental d'exercice est le moyen standard d'évaluer la capacité cardiorespiratoire des athlètes d'endurance. Bien que le taux maximal de consommation d'oxygène soit généralement utilisé comme mesure de critère à cet égard, deux points d'arrêt métaboliques qui reflètent les changements dans la dynamique de la production/consommation de lactate à mesure que le taux de travail est augmenté sont peut-être plus pertinents pour les athlètes d'endurance d'un point de vue fonctionnel. L'économie de l'exercice, qui représente le taux de consommation d'oxygène par rapport à l'exécution du travail sous-maximal, est également un paramètre important à mesurer pour l'évaluation endurance-athlète. Les tests incrémentaux de rampe comprenant une augmentation graduelle mais rapide du taux de travail jusqu'à ce que la limite de tolérance à l'exercice soit atteinte sont utiles pour déterminer ces paramètres. Ce type de test est généralement effectué sur un ergomètre à cycle ou un tapis roulant parce qu'il y a un besoin de précision en ce qui concerne l'incrémentation du rythme de travail. Cependant, les athlètes doivent être testés tout en effectuant le mode d'exercice requis pour leur sport. Par conséquent, les nageurs sont généralement évalués lors d'essais incrémentaux de natation libre où une telle précision est difficile à atteindre. Nous avons récemment suggéré que la natation stationnaire contre une charge qui est progressivement augmentée (nage fixe attachée) peut servir d'«ergomètre de natation» en permettant une précision suffisante pour accueillir un modèle de chargement progressif mais rapide qui révèle les points d'arrêt métaboliques susmentionnés et l'économie d'exercice. Cependant, la mesure dans laquelle le taux maximal de consommation d'oxygène atteint au cours d'un tel protocole se rapproche du taux maximal qui est mesuré pendant la nage libre reste à déterminer. Dans le présent article, nous expliquons comment ce protocole de nage attaché rapidement incrémenté peut être employé pour évaluer la capacité cardiorespiratoire d'un nageur. Plus précisément, nous expliquons comment l'évaluation d'un nageur de compétition de courte distance à l'aide de ce protocole a révélé que son taux d'utilisation de l'oxygène était de 30,3 et 34,8 mL-min^-1kg^-1BM à son seuil d'échange de gaz et le point de compensation respiratoire, respectivement.

Introduction

Un test d'exercice qui implique une augmentation progressive du taux de travail (WR) de faible à maximal (c.-à-d., test d'exercice incrémental; INC) fournit la méthode d'évaluation cardiorespiratoire de l'étalon-or pour les athlètes d'endurance. En plus de la plus haute WR que l'athlète peut atteindre_(PICWR ), INC permet également de déterminer le taux le plus élevé auquel l'individu peut consommer de l'oxygène (O₂) pour cette forme d'exercice (V O_2peak) si l'échange de gaz et les données ventilatoires sont recueillies au cours de l'essai¹. Le V-O_2peak représente la mesure de critère de la condition cardiorespiratoire. En outre, l'analyse des données d'échange de gaz et de ventilation recueillies au fur et à mesure que le WR est augmenté fournit un moyen non invasif d'identifier le point où la concentration de lactate sanguine (sang [lactate]) augmente au-dessus de la valeur de base (seuil de lactate) et le point auquel il commence à s'accumuler à un rythme accéléré (point tournant de lactate)². Ces points d'arrêt métaboliques sont estimés en déterminant le seuil d'échange de gaz (GET) et le point de compensation respiratoire (RCP), respectivement³. Fait important, le GET fournit une estimation robuste du point où le sang [lactate] augmente initialement alors que l'«hyperventilation» qui caractérise RCP est un phénomène plus complexe qui peut être initié par une entrée afférente autre que la chémoreception en soi. Par conséquent, les conclusions fondées sur l'identification du PCR doivent être tirées avec prudence.

Lorsque l'exercice est maintenu à un rythme constant de travail (CWR), il existe des profils de réponse physiologique nettement différents basés sur le «domaine d'intensité de l'exercice» dans lequel le WR tombe^4,5. Plus précisément, la réalisation d'un V-O₂ et le sang [lactate] "état stable" est rapide dans le domaine modéré, retardé dans le domaine lourd et inaccessible dans le domaine sévère^4,5. Il est bien établi que la vitesse à laquelle O₂ peut être consommé à GET pendant l'INC (V O_2GET) sert de taux métabolique qui sépare le modéré du domaine lourd pendant CWR^3,6. Bien que controversées, un certain nombre d'observations récentes indiquent une équivalence similaire entre le taux auquel O₂ peut être consommé au RCP (V o_2RCP) et la séparation lourde/sévère^7,8,9,10. L'identification des systèmes d'entraînement de V-O_2GET et de V-O_2RCP à partir des données recueillies au cours de l'INC pourrait donc être utile pour prescrire des schémas d'entraînement spécifiques au domaine pour les athlètes d'endurance par l'intermédiaire du taux métabolique avec la mise en garde selon laquelle l'alignement d'un taux métabolique avec un taux de travail spécifique est plus complexe que le simple fait selon la relation de taux de travail v-O₂dérivée du test incrémental^8,11.

Lorsque le concept de l'essai pour déterminer v 'O_2max a été initialement exploré, les chercheurs ont fait des sujets effectuer des épisodes de course de piste à la limite de la tolérance à l'exercice (T_lim) à des vitesses croissantes sur les jours séparés¹. La recherche a suivi qui a confirmé que V 'O_2max peut également être déterminée à partir de combats similaires effectués à T_lim le même jour avec des périodes de repos entrecoupées¹². Finalement, il a été démontré qu'un protocole continu avec WR a augmenté d'une manière incrémentielle à intervalles de temps spécifiques (par exemple, toutes les 3 min) a révélé le même V-O_2peak que les tests discontinus¹³. Par conséquent, ces « tests d'exercice gradués » sont devenus la norme pour déterminer cette mesure de critère de la condition cardiorespiratoire. Cependant, en 1981, Whipp et ses collègues ont publié des recherches qui indiquaient qu'aux fins de la mesure de la v-O_2max, l'INC pouvait également être effectuée entièrement dans un état non stable; c'est-à-dire, avec WR augmentant continuellement comme une «fonction lisse du temps» (RAMP-INC)¹⁴. Contrairement à l'INC avec des étapes prolongées et des augmentations relativement importantes WR par étape, l'augmentation progressive au cours de RAMP-INC assure que la «région tampon isocapnique» qui sépare GET et RCP sera clairement défini¹⁵. En outre, tout comme l'INC avec des étapes, RAMP-INC peut être utilisé pour évaluer «l'économie d'exercice» (c.-à-d., le V 'O₂ requis par WR donné); cependant, contrairement à l'INC avec des étapes, dans ce cas, c'est l'inverse de « l'efficacité du delta » (c.-à-d. la pente de la relation V-O₂-WR) qui est utilisée à cette fin¹¹ compte tenu du fait qu'en raison de la complexité de la réponse de V-O₂ aux taux de travail dans l'ensemble du spectre d'intensité, ce paramètre ne sera pas une caractéristique immuable de l'INC en soi (p. ex., RAMP-INC à partir de différents taux de travail de base) ou caractérisés par des pentes de base différentes) ou caractérisés par des pentes de base différentes) ou ^{caractérisés par des 16}.

Pour les tests de condition physique générale, l'INC est généralement effectué sur un ergomètre de jambe ou un tapis roulant parce que ces modalités sont plus disponibles et le cyclisme de jambe et la marche/course sont familiers à la personne moyenne. En outre, l'administration de RAMP-INC nécessite la capacité d'augmenter WR en permanence par petites incréments (par exemple, 1 W tous les 2 s); par conséquent, un ergomètre (généralement le cyclisme de jambe) est le mieux adapté pour ce type d'essai. Cependant, l'évaluation des athlètes est plus complexe parce que les athlètes doivent être testés tout en effectuant le mode spécifique d'exercice requis pour leur sport. Pour les cyclistes et les personnes qui participent à des sports qui impliquent la course à pied, ce n'est pas problématique en raison de l'accessibilité et de l'applicabilité des machines d'essai susmentionnées. Inversement, les essais écologiquement valides avec l'échange de gaz et la collecte de données ventilatoires et l'augmentation graduelle de WR exigée pour RAMP-INC est plus difficile lors de l'évaluation des athlètes aquatiques.

Avant l'avènement des systèmes de collecte automatisés, l'évaluation de l'échange de gaz des nageurs était souvent effectuée à l'aide de la collecte des sacs Douglas à la suite d'une nage maximale¹⁷. Une fois les systèmes automatisés mis au point, la collecte « en temps réel » a eu lieu, mais pas dans des conditions de « natation réelle » (p. ex., pendant que les nageurs nageaient dans une canalisation qui contrôlait le WR)¹⁷. Malheureusement, la première méthode a des limites inhérentes en raison des hypothèses de «extrapolation en arrière», tandis que la seconde soulève des préoccupations quant à la mesure dans laquelle la natation flume change la technique¹⁷. L'état actuel de l'art implique l'utilisation de systèmes portatifs de collecte souffle par souffle qui se déplacent avec le nageur le long de la piscine pendant la natation libre¹⁷. Bien que ce type de mesure améliore la validité écologique, l'incrémentation progressive de WR est difficile. En effet, l'INC pendant la nage libre implique généralement des intervalles de distance de set (par exemple, 200 m) à des vitesses de plus en plus^{progressives 14,15}. Cela signifie qu'un test se compose de longues étapes avec de grands incréments inégaux WR. Il n'est donc pas surprenant qu'un seul point d'escalade métabolique (généralement appelé « seuil anaérobie ») soit signalé par les chercheurs qui utilisent ce test^18,19. Au lieu de cela, nous avons récemment montré que les deux V O_2GET et V -O_2RCP peuvent être déterminés à partir des données recueillies tandis que les nageurs effectué la natation stationnaire dans une piscine contre une charge qui a été augmentée progressivement et rapidement (c.-à-d., la natation attachée incrémentale)²⁰. Bien que le modèle de respiration unique qui est présent pendant la natation pourrait rendre les points d'arrêt susmentionnés plus difficiles à identifier par rapport aux modes typiques d'évaluation (observation personnelle), nous croyons que cette méthode de test pourrait convenir comme un «ergomètre de natation» qui peut être utilisé pour l'évaluation cardiorespiratoire des nageurs d'une manière similaire à la façon dont un cycle stationnaire est utilisé pour les cyclistes. En effet, nous avons montré que le protocole de nage attaché rapidement incrémenté de v 'O_2GET, V 'O_2RCP et l'économie d'exercice (comme indiqué par la pente de chargement de V'O₂₎peuvent tous être déterminés à partir du protocole de nage attaché rapidement incrémenté qui est décrit en dessous de²⁰.

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Protocole

Les participants à l'étude à partir desquelles les données représentatives présentées ci-dessous ont été extraites²⁰ (n - 11) ont été tenus de donner leur consentement éclairé écrit avant le début des tests après que les procédures expérimentales, les risques associés et les avantages potentiels de la participation avaient été expliqués. La première visite comprenait une séance de familiarisation au cours de laquelle les nageurs ont été initiés au concept de natation attachée et aux techniques de mesure qui seraient en vigueur lors des essais réels. Un test de nage attaché tous a été effectué au cours de la deuxième visite et le protocole de natation attaché rapidement incrémenté a été effectué lors de la troisième visite. Les deux essais ont été effectués dans une piscine semi-olympique (25 m) avec une température de l'eau à 28 oC.

1. Préparation du nageur

1. Instruisez le nageur pour éviter l'exercice intense pendant 24 h avant chaque séance d'essai.
2. Instruisez le nageur à arriver à la piscine dans un état reposé et entièrement hydraté de 3 h postprandial.
3. Demandez au nageur de s'abstenir d'ingérer des boissons stimulantes et de l'alcool pendant 24 h avant chaque test.

2. Test de nage attaché tous adlongs

1. Préparer la cellule de charge de 500 kg qui sera utilisée pour mesurer la plus grande force que le nageur peut exercer au cours de deux essais comprenant 30 s de natation tous apanants²¹.
   1. Ouvrez le programme N2000PRO Software (Power Din Pro - CEFISE) sur l'ordinateur.
   2. Ouvrez le menu d'aide pour vérifier le lien de communication entre l'ordinateur et l'analyseur de cellules de charge.
      1. Observez un signal vert qui indique que la connexion à l'interface RS232 est bien établie.
      2. Définir le compte à rebours pour commencer le test en fonction des circonstances.
      3. Définir la durée de l'échantillonnage. Définir l'intervalle de repos. Définir les cadres par seconde à 100 Hz.
      4. Définir l'unité de mesure de force à N ou kg en fonction de vos préférences personnelles. Définir le temps d'acquisition en millisecondes.
   3. Calibrer la cellule de charge²² avec 0 et 10 kg de charges avec le nageur à l'extérieur de la piscine.
   4. Fixez une cellule de charge au bloc de démarrage via la barre de fer aplatie en forme de L conçue par CEFISE spécifiquement pour les mesures de nage attachée.
   5. Fixez une extrémité de la corde inélastique à la cellule de charge et l'autre extrémité au nageur au moyen de la courroie conçue sur mesure (CEFISE), qui a des cordes attachées aux deux hanches de telle sorte que le coup de pied de jambe n'interfère pas avec la mesure de force.
2. Préparez le nageur à la performance du test de deux essais.
   1. Fournir des instructions au nageur concernant les performances correctes de la nage avant -p. ex., empêcher la tête et le tronc de monter tout en nageant aussi rapidement que possible, se concentrer sur les coups de pied à un taux maximal en plus de caresses maximales, etc.).
   2. Demandez au nageur d'effectuer des étirements et des oscillations bras/jambes au bord de la piscine en préparation.
   3. Demandez au nageur d'entrer dans la piscine et d'effectuer un protocole d'échauffement standard composé de la nage avant-crawl sur 800 m à une intensité lumineuse avec soin pris pour éviter d'engendrer des effets persistants qui pourraient influencer les résultats de l'essai.
   4. Laisser le nageur sortir de la piscine et se reposer au bord de la piscine pendant 10 min.
   5. Fixez la ceinture autour de la taille du nageur. Fixez l'extrémité libre de la corde inélastique à la ceinture.
   6. Déterminer la charge nécessaire pour maintenir le corps du nageur horizontalement avec un minimum de tension sur le système de mesure_(basede charge).
   7. Signalez au nageur de commencer l'essai #1 de l'essai.
3. Surveillez le nageur pendant l'exécution de l'essai.
   1. Fournir des encouragements verbaux au nageur tout au long du test de 30 s.
   2. Signalez au nageur de mettre fin à l'essai. Détachez le nageur de la corde inélastique.
   3. Demandez au nageur d'effectuer un protocole de refroidissement standard composé de la nage avant-crawl à une intensité lumineuse.
   4. Laisser reposer le nageur 30 min au bord de la piscine.
   5. Rattache le nageur à la corde inélastique.
   6. Signalez au nageur de commencer l'essai #2 de l'essai qui est identique à Trial #1 (30 s de natation tous adfaits).
   7. Signalez au nageur de mettre fin à l'essai.
   8. Demandez au nageur d'effectuer un protocole de refroidissement standard composé de la nage avant-crawl à une intensité lumineuse.
   9. Laissez le nageur sortir de la piscine.
4. Analyser les données recueillies au cours du test de deux essais.
   1. Appliquer le processus de lissage aux données à l'aide du logiciel N2000PRO²³.
   2. Calculez les pics du signal de fréquence des ondes à partir de la courbe sinusoïdale de temps de force (plage, sinus de 80 à 100 degrés) au-dessus de la_base de charge pour les essais #1 et 2.
   3. Définissez les pics moyens du signal de fréquence des ondes de force-temps dans les 5 premiers s et les 30 s entiers, respectivement, comme la force de pointe_(picF ) et la force moyenne (F_avg) pour chaque essai.
   4. Utilisez les valeurs plus élevées pour le_pic F et F_avg pour d'autres calculs.

3. Test de nage attaché incrémentale

1. Calculez les charges qui seront utilisées pour résister au déplacement vers l'avant du nageur pendant l'essai incrémental.
   1. Calculez la charge de départ comme 30% de_l'avg F au-dessus de la_basede charge .
   2. Calculer les incréments à appliquer par étape de 60 s comme 5% de F_avg au-dessus de la_basede charge .
2. Préparer l'unité métabolique portable automatisée pour la collecte de données.
   1. Ouvrez le logiciel de l'unité.
   2. Vérifier le lien de communication entre l'ordinateur et l'unité métabolique portable automatisée.
   3. Puissance sur l'unité et laisser chauffer pendant 45 min. Assurez-vous que les piles sont complètement chargées.
   4. Effectuer l'étalonnage de l'unité pour l'air environnemental²⁴.
   5. Effectuer l'étalonnage de l'unité pour référence O₂ (16 %), CO₂ (5 %) et N (équilibre) concentrations²⁴.
   6. Effectuer l'étalonnage de temps-retard de masque²⁴.
   7. Effectuer l'étalonnage de la turbine avec 3 L seringue²⁴.
   8. Entrez les données du sujet, la température ambiante et l'humidité.
3. Préparer le nageur pour la performance de l'essai incrémental.
   1. Installez un masque facial et un tuba sur le nageur.
   2. Demandez au nageur de se reposer au bord de la piscine pendant 10 min afin de recueillir des données d'échange de gaz et de ventilation « de base ».
   3. Demandez au nageur d'entrer dans la piscine et d'effectuer un protocole d'échauffement standard composé de la nage avant-crawl à une intensité lumineuse.
   4. Fixez une ceinture autour de la taille du nageur. Fixez une corde inélastique à la courroie avec l'autre extrémité de la corde attachée au système de chargement.
   5. Instruisez le nageur qu'une fois que l'essai commence à utiliser les deux marqueurs au fond de la piscine pour les points de référence, ce qui lui permet de maintenir une position relativement fixe (p. ex., 1 m de la position désirée).
   6. Signalez au nageur de commencer le test.
4. Surveillez le nageur pendant l'exécution de l'essai incrémental.
   REMARQUE : Un assistant de recherche qui a de l'expérience dans la surveillance de ce type d'essai devrait tenir l'unité d'analyse de gaz au bord de la piscine étant consciente de le faire sans entraver le déplacement du nageur et/ou élever la tête du nageur.
   1. Augmenter la charge tout en chronométrant les étapes de 60 s.
   2. Terminez le test et enregistrez le temps de limiter la tolérance à l'exercice lorsque le nageur n'est plus en mesure de maintenir la position requise malgré les encouragements verbaux forts des testeurs.
   3. Utilisez le temps de limiter la tolérance à l'exercice pour calculer les étapes terminées.
   4. Enregistrez les charges pour chaque étape et charge de pointe.
   5. Détachez le nageur de la corde inélastique.
   6. Demandez au nageur d'effectuer un protocole de refroidissement standard composé d'une nage avant-crawl à une intensité faible à modérée.
   7. Laissez le nageur sortir de la piscine.
5. Analyser les données recueillies au cours du test incrémental.
   1. Lisser l'haleine par l'haleine des données d'échange de gaz qui ont été recueillies avant et pendant l'essai à l'aide du logiciel de l'unité.
   2. Données d'échange de gaz à l'exportation dans des moyennes consécutives de 9 s bin.
   3. Effectuer une moyenne mobile de trois points sur les moyennes consécutives de 9 s bin pour la v'O₂.
   4. Enregistrez la valeur moyenne mobile la plus élevée en trois points en tant que V-O_2peak.
   5. À l'aide de la valeur moyenne mobile finale en trois points pour chaque étape terminée, calculez la relation de charge de V-O₂par régression linéaire. Exclure les données des étapes finales de l'essai si un plateau de V-O₂ semble être présent (inspection visuelle).
   6. À l'aide de moyennes consécutives de 9 s bin, déterminez les moyennes de bacs de V-O_2GET.
      1. Déterminer la première augmentation disproportionnée du taux de production de CO₂ (V-CO₂) par rapport à la v'O₂.
      2. Déterminer l'augmentation du rapport du taux expiré de ventilation (V_-E) à V-O₂ sans augmentation du rapport entre le V et_le V'CO₂.
      3. Déterminer l'augmentation de la tension O 2 de la marée de marée_en l'absence de chute de la tension de CO₂ de la marée.
   7. À l'aide de moyennes consécutives de 9 bacs, déterminez les moyennes de bacs de_l'o2.
      1. Déterminer la première augmentation disproportionnée de la valeur par_rapport à la V-CO₂.
      2. Déterminer la diminution du CO₂de la marée.
   8. Express V-O_2peak, V 'O_2GET, V 'O_2RCP et V 'O₂-charge de pente à la fois absolue (Lmin^-1) et relative (à la masse corporelle; mL -min^-1kg^-1) termes.
   9. Express V'O_2GET et V'O_2RCP en termes relatifs en pourcentage de V 'O_2peak.

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Résultats

Les données présentées au tableau 1 et représentées aux figures 1-4 représentent les profils de réponse observés chez un nageur de sexe masculin (âge, 24 ans). Au moment de la collecte des données, le nageur s'entraînait pour la natation de compétition depuis 7 ans. Sa spécialité était les épreuves de courte distance (c.-à-d. 50 m et 100 m) en style libre.

La charge initiale sur...

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Discussion

Un défi d'exercice qui implique de supporter une augmentation progressive de WR jusqu'à ce que T_lim est atteint est un protocole d'essai standard pour l'évaluation des athlètes d'endurance. Lorsqu'un tel essai est effectué avec une incrémentation graduelle, mais rapide, il est particulièrement utile parce qu'en plus de la V -O_2max, l'échange de gaz et les données ventilatoires recueillies au cours de l'essai peuvent être utilisés pour distinguer la région délimitée par GET et RCP où l...

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matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
3-L syringe	Hans Rudolph		Calibration device
Aquatrainer	COSMED		Snorkel system/gas-exchange measurement
K4b2	COSMED		Portable CPET unit/gas-exchange measurement
N200PRO	Cefise		Software program for analysis of force signal
Pacer 2 Swim	Kulzer TEC		Swimming velocity management/underwater LED line
Tether-system	Own design		Pulley-Rope system/loading management
Tether attachment	CEFISE		Bracket for attachment to swimmer