Répondants et non-répondants à un entraînement aérobie : au-delà de l'évaluation de la VO2max

Kinesport
L'efficacité d'une intervention d'entraînement physique donnée est souvent évaluée par les changements dans la consommation maximale d'oxygène ( VO2max) entre le pré- et le post-entraînement (c'est-à-dire Δ ̇VO2max). À cet égard, de nombreuses recherches ont montré que les entraînements à intensité élevée et modérée sont efficaces pour améliorer le VO2max (Mattioni Maturana et al., 2021). Bien qu'il existe des preuves solides que l'entraînement physique entraîne une augmentation de la condition cardiorespiratoire, la littérature rapporte souvent des individus « non-répondeurs », c'est-à-dire des participants qui ne présentent pas d'augmentation significative de la VO2max après une intervention d'entraînement. Même si Δ ̇VO2max fournit des informations sur la capacité d'entraînement des participants au niveau individuel (Hecksteden et al., 2015, 2018 ; Pickering & Kiely, 2019), il est connu que l'entraînement physique améliore également d'autres composants cardiovasculaires et métaboliques qui peuvent ne pas être liés à des changements significatifs de VO2max mais contribuent grandement à la santé globale d'un individu (FiuzaLuces et al., 2013). En effet, comprendre les effets de l'entraînement physique au-delà de l'amélioration de la condition cardiorespiratoire (c'est-à-dire la VO2max) devient crucial pour prescrire une stratégie de médecine préventive efficace et adaptée, évitant l'approche « taille unique » dans la prescription d'exercices. 
À ce jour, on ne sait toujours pas si les individus qui présentent une faible réponse de forme physique à un stress métabolique donné imposé par l'entraînement physique présentent également de faibles réponses à d'autres paramètres, tels que la composition corporelle, les lipides sanguins ou le métabolisme du glucose et de l'insuline. Par conséquent, la question se pose : les non-répondeurs (par rapport à la VO2max) à l'entraînement physique sont-ils également des non-répondeurs à d'autres paramètres de santé cardiovasculaire et/ou métabolique ? De plus, les améliorations de la VO2max chez les répondeurs s'accompagnent-elles d'améliorations d'autres paramètres de santé cardiovasculaire et/ou métabolique ?

Objectifs :

  • Examiner les adaptations cardiovasculaires et métaboliques à l'entraînement physique chez les participants qui ont montré différents niveaux de réactivité en termes de VO2max.

Hypothèses :

  • Les participants classés comme « répondeurs » présenteraient une plus grande amélioration que les « non-répondeurs » dans les mesures liées à la condition physique
  • Les « non-répondeurs » montreraient toujours des adaptations à l'entraînement physique dans d'autres paramètres liés à la santé.

Méthodologie :

Des participants sédentaires auparavant en bonne santé se sont engagés dans un programme d'exercices aérobiques de 6 semaines, qui comprenait un entraînement intermittent à haute intensité (HIIT) ou un entraînement continu à intensité modérée (MICT). Les participants ont ensuite été classés en répondeurs ou non-répondeurs en fonction des changements de VO2max. Plus précisément, les auteurs ont cherché à examiner comment les répondeurs et les non-répondeurs s'adaptaient à d'autres outcomes de repos et d'exercices sous-maximaux liés à la santé et aux performances humaines, tels que la puissance maximale, les seuils de lactate, les pentes d'efficacité, la composition corporelle, la pression artérielle, la fonction vasculaire, les marqueurs sanguins ainsi que la fonction et la morphologie cardiaques au repos

Critères de recrutement et d'inclusion

  • Les participants ayant déclaré avoir fait moins de 60 minutes par semaine d'exercice pendant leurs loisirs (y compris la participation à des sports, des activités aérobiques, le renforcement musculaire) et aucun exercice régulier au cours des 6 derniers mois
  • Ont présenté un état de santé lors du dépistage médical ; n'ont pas eu un indice de masse corporelle (IMC) supérieur à 30 kg m−2 au cours de leur vie ; et ne présentaient pas de signes d'anémie (carence en fer) dans leurs résultats sanguins
  • Des hommes et des femmes âgés de 20 à 40 ans 

Participants inclus

  • 49 ont été inclus dans le processus de randomisation.
  • Au cours des mesures de référence, cinq participants ont abandonné en raison de problèmes de gestion du temps (n = 1), d'un retrait pendant l'épreuve d'effort aigu en raison d'un inconfort avec l'exercice (n = 1), d'un manque de volonté de continuer à participer (n = 1), d'un épisode de migraine (n = 1), et affection pulmonaire découverte (n = 1).
  • 44 participants se sont engagés dans l'intervention d'entraînement physique (HIIT n = 22 et MICT n = 22). Un participant dans chaque groupe a abandonné pendant l'intervention d'entraînement à l'exercice en raison d'une maladie et n'a pas pu terminer l'observance minimale.
  • Au total, 42 participants (21 dans chaque groupe) ont terminé l'étude.

Conception expérimentale


Dans la présente étude, toutes les variables physiologiques ont été évaluées avant (PRE) et après (POST) les 6 semaines d'entraînement physique. Les mesures PRE et POST ont toujours été divisées en trois jours de test distincts.
La classification des répondeurs a été réalisée en utilisant la règle de décision ROPE + HDI (Kruschke, 2018 ; Maturana et al.,). Cette méthode de prise de décision bayésienne utilise la région d'équivalence pratique (ROPE) en combinaison avec l'intervalle de densité le plus élevé (HDI) comme base pour accepter ou rejeter l'hypothèse nulle. L'HDI résume les valeurs les plus crédibles d'un paramètre (similaire à l'intervalle de confiance souvent utilisée dans les statistiques), tandis que le ROPE fournit une plage de valeurs autour de la valeur nulle. Par conséquent, contrairement aux tests d'hypothèse nulle où les valeurs sont testées par rapport à zéro, la méthode ROPE + HDI calcule le pourcentage d’HDI qui se trouve dans la ROPE. Sur la base de ce pourcentage, il existe différents niveaux de signification, que les auteurs appliquent ensuite à la classification des répondants (voir Figure 2 pour un aperçu et (Kruschke, 2018) pour une introduction au sujet).

  • Étape 1 – calculer le delta VO2max et sa mesure d'erreur associée
Le ̇VO2max a été analysé comme la différence brute (∆ = POST – PRE) par rapport à la réponse absolue du VO2max (c'est-à-dire L·min−1). Les auteurs ont en outre considéré l'erreur technique de mesure autour du Δ ̇VO2max comme le coefficient de variation associé aux mesures de VO 2max (c'est-à-dire 5,6 %), ce qui explique également la variation aléatoire des vrais changements (Hecksteden et al., 2015, 2018). Cela fonctionne comme une mesure de fiabilité externe, qui utilise le coefficient de variation précédemment publié associé aux mesures de VO2max lorsque des tests répétés ne sont pas disponibles. Par conséquent, le coefficient de variation a été calculé comme étant 5,6 % de la VO2max de base pour chaque individu et une fourchette autour du Δ ̇VO2max a été obtenue.

  • Étape 2 – dériver une distribution normale pour chaque individu
Par la suite, une fois que les auteurs ont la moyenne (Δ ̇VO2max) et l'écart type (∆sd) de chaque individu, ils ont dérivé une distribution normale pour chacun d'eux (calculée à partir de 100 mesures simulées couvrant toutes les plages possibles).

  • Étape 3 - calculer l’HDI et la ROPE
L'IDH a été extrait de chaque distribution normale individuelle, calculé à 89 % de l'intervalle crédible (Kruschke, 2015, 2018). Le ROPE a été défini comme la différence cliniquement pertinente, calculée comme la plus petite différence valable (Hecksteden et al., 2015 ; Hopkins et al., 1999). En termes pratiques, la ROPE a été fixée à 20 % de l'écart type du VO2max de base dans les deux sens (c'est-à-dire, ROPE = -80 à 80 ml·min-1. Gamme complète de ROPE = 160 ml·min-1).

  • Étape 4 – classification des répondants
Chaque participant a ensuite été classé selon le pourcentage d'HDI au sein du ROPE. Dans le cadre bayésien, le pourcentage au sein du ROPE a différents niveaux de significativité (Makowski et al., 2019a). Nous avons ensuite appliqué ces étiquettes de niveaux à la classification des répondants. Les participants qui présentaient un ̇VO2max négatif ont tous été considérés comme non-répondeurs. Afin d'évaluer si la régression vers le phénomène moyen était présente dans les résultats de VO2max, nous avons effectué une analyse de covariance (ANCOVA), comme suggéré précédemment (Barnett, 2004).

Analyses statistiques

Les résultats sont présentés sous forme de moyenne ± écart type, sauf indication contraire. Un modèle linéaire mixte (estimé à l'aide du maximum de vraisemblance restreint) a été réalisé sur les mesures répétées de chaque paramètre en utilisant la classification des répondeurs et la phase d'entraînement comme effets principaux. Par conséquent, les auteurs ont comparé les répondeurs et les non-répondeurs en PRE et POST. Tout d'abord, ils ont effectué des comparaisons intra-sujets (c'est-à-dire des mesures répétées PRE vs POST), puis des comparaisons inter-sujets (c'est-à-dire des répondeurs vs des non-répondeurs). Le modèle incluait les participants en tant qu'effets aléatoires. Pour toutes les analyses post hoc, les chercheurs ont calculé les moyennes marginales estimées en appliquant la méthode de Bonferroni comme correction des comparaisons multiples. Chaque modèle linéaire mixte a été testé pour la multicolinéarité des termes du modèle en calculant le facteur d'inflation de la variance (VIF) (James et al., 2013), la détection des valeurs aberrantes et la normalité des résidus.

Résultats


  • Le travail total relatif (moyenne sur toutes les sessions) associé aux répondeurs (3,27 ± 0,58 kJ/kg) et aux non-répondeurs (3,23 ± 0,75 kJ/kg) n'était pas statistiquement différent (p = 0,87 ; d de Cohen = 0,06, intervalle de confiance à 95 % [-0,63 ; 0,75]).
  • En général, l'intervention d'entraînement physique a augmenté significativement le VO2max avec une taille d'effet importante (+240 ± 196 ml·min−1 ou +12 ± 10 % ; p < 0,001, d = 1,23 IC à 95 % : [0,83 ; 1,64] ).
  • Le groupe HIIT a montré une plus grande augmentation de VO2max que le groupe MICT (différence moyenne ± erreur standard : 214 ± 36 ml·min−1, p < 0,001). 

Le résumé de la classification des répondants individuels est présenté à la figure 2 ci-dessous. Les « non-répondants » et les « indécis » ont été agrégés en « non-répondants » pour des analyses statistiques ultérieures. Au total, il y avait 31 « répondants » et 11 « non-répondeurs ». Le tableau 3 présente un aperçu du processus décisionnel basé sur l'approche ROPE + IDH que nous avons rapporté des auteurs. Ces résultats ont été confirmés par une ANCOVA, montrant également une augmentation significative de la VO2max ajustée par les valeurs de base (ß = 1,01, IC à 95 % = [0,91 ; 1,12), p < 0,001), et entre répondeurs et non-répondeurs (ß = 0,35, IC à 95 % = [0,25 ; 0,44], p < 0,001).
Adaptations chez les répondeurs et les non-répondeurs

Les figures 3 et 4 présentent une vue d'ensemble des adaptations des classifications intra- et inter-répondeurs dans la condition physique et les paramètres vasculaires montrant les changements individuels. La figure 5 montre un aperçu des tailles d'effet.
Fitness :

  • Le modèle linéaire mixte (classification du répondant x phase d'entraînement) a révélé un effet d'interaction significatif en augmentant le VO2max absolu (F(1, 40) = 62,5, p < 0,001), POpeak (Puissance maximale)(F(1, 40) = 14,8 , p < 0,001), LTP2 (seuil lactate) (F(1, 40) = 7,42, p < 0,01), et OUES (pente d’efficacité d’absorption d’O2)(F(1, 40) = 17,4, p < 0,001), et en réduisant la pente Δ ̇VO2∕ΔPO (F( 1, 40) = 9,34, p = 0,004).
  • Effet principal pour la phase d'entraînement (pré vs post-entraînement) en augmentant LTP1 (F(1, 40) = 42,3, p < 0,001) et en diminuant la pente ΔHR∕Δ ̇VO2 (F(1, 40) = 9,42, p = 0,004).
  • Les comparaisons au sein des groupes ont indiqué que les répondeurs présentaient une différence significative avant et après l'entraînement en termes de VO2max (p < 0,001), POpic (p < 0,001), LTP1 (p < 0,001), LTP2 (p < 0,001), OUES (p < 0,001) et la pente ΔHR∕Δ ̇VO2 (p < 0,001).
  • Les non-répondeurs ont présenté une différence significative avant et après l'entraînement dans POpeak (p < 0,001), LTP1 (p = 0,003) et pente Δ ̇VO2∕ΔPO (p = 0,024). Des analyses post hoc sur le ∆ (c'est-à-dire, changement entre PRE et POST) ont révélé des différences significatives entre les répondeurs et les non-répondeurs favorisant une augmentation plus importante des répondeurs en VO2max absolu (d = 2,77, IC à 95 % : [1,85 ; 3,68], p < 0,001), POpeak (d = 1,35, IC à 95 % : [0,59 ; 2,09], p < 0,001), LTP2 (d = 0,96, IC à 95 % : [0,23 ; 1,67], p = 0,013) et OUES (d = 2,77, IC à 95 % : [1,85 ; 3,68], p < 0,001). Le groupe des non-répondeurs a présenté une réduction significativement plus importante que les répondeurs du paramètre de pente Δ ̇VO2∕ΔPO (d = 1,07, IC 95% : [0,34 ; 1,79], p = 0,003).

La composition corporelle

  • Aucun effet d'interaction n'a été observé dans le modèle mixte linéaire dans les mesures de la composition corporelle.
  • Un effet principal pour la classification des répondeurs a été observé dans la réduction de la masse corporelle (F(1, 40) = 8,53, p = 0,006), l'IMC (F(1, 40) = 11,3, p = 0,002) et le rapport taille:hanches (F(1, 40) = 11,9, p = 0,001). De plus, l'effet principal de la phase d'entraînement (pré vs post-entraînement) a été observé dans la réduction de la masse corporelle (F(1, 40) = 4,21, p = 0,047), l'IMC (F(1, 40) = 4,31, p = 0,044) et en taille:hanches (F(1, 40) = 6,57, p = 0,014).

Pression artérielle

  • Aucune interaction ou effet principal n'a été observé dans le modèle mixte linéaire dans les mesures de la pression corporelle.

Tests de fonction vasculaire

  • Le modèle linéaire mixte (classification du répondant × phase d'entraînement) a révélé un effet d'interaction significatif dans l'augmentation de l’aire sous la courbe de StO2 (F(1, 40) = 6,54, p = 0,014). Les analyses post hoc ont révélé une grande taille d'effet favorisant les répondeurs dans l'augmentation de l'ASC StO2 (d = 0,90, IC à 95 % : [0,18 ; 1,61], p = 0,036). De plus, l'effet principal pour la phase d'entraînement (pré vs post-entraînement) a été observé en réduisant baPWV (vitesse d’ondes de pouls brachial-cheville) (F(1, 40) = 16,7, p < 0,001) et cfPWV (carotide-fémoral) (F(1, 40) = 16,4, p < 0,001 ), reflétant une diminution de la rigidité artérielle après l'entraînement. Au sein du groupe, les analyses ont indiqué une réduction significative du baPWV (p = 0,021) et du cfPWV (p = 0,021) entre le pré-entraînement et le post-entraînement. Aucune différence significative n'a été observée chez les non-répondeurs.

Résultats sanguins à jeun

  • Il y avait un effet d'interaction significatif (classification du répondant × phase d'entraînement) pour la réduction du LDL (F(1, 40) = 4,40, p = 0,042).
  • Il y avait un effet principal pour la classification des répondeurs favorisant une diminution de l'insuline à jeun (F(1, 40) = 7,14, p = 0,01), des triglycérides (F(1, 40) = 9,76, p = 0,003), et résistance à l'insuline (F(1, 40) = 7,39, p = 0,01). L'effet principal pour la phase d'entraînement (pré vs post-entraînement) a été observé favorisant une diminution du cholestérol total (F(1, 40) = 6,4, p = 0,015) et HDL (F(1, 40) = 5,23, p = 0,028).
  • Bien que non significatif, les analyses entre les groupes ont indiqué que les non-répondeurs présentaient une réduction plus importante que les répondeurs du LDL (d = 0,74, IC à 95 % : [0,03 ; 1,44], p = 0,115) et du cholestérol total (d = 0,69 , IC à 95 % : [-0,02 ; 1,39], p = 0,167). 

Évaluation cardiaque

  • Le modèle linéaire mixte a révélé un effet d'interaction dans l'augmentation du LA M-Mode - un marqueur de la morphologie de l'oreillette gauche (F(1, 37) = 4,46, p = 0,041). Il y avait un effet principal pour la phase d'entraînement (pré vs post-entraînement) dans la diminution d’un marqueur de la fonction systolique ventriculaire gauche (F(1, 37) = 6,14, p = 0,018) et d’un marqueur de la fonction diastolique ventriculaire gauche (F(1, 37) = 4,25, p = 0,046).
  • Les analyses post hoc ont révélé une tendance (p = 0,057) et une taille d'effet moyenne (d = 0,77, IC à 95 % : [0,00 ; 1,53]) pour une augmentation plus importante du mode LA M-mode dans le groupe des répondeurs par rapport aux non-répondeurs.

Discussion

Les principales conclusions de la présente étude étaient les suivantes :

1. Dans les paramètres de fitness, les répondeurs avaient une augmentation plus importante que les non-répondeurs dans POpeak, LTP2 et OUES, tandis que les non-répondeurs avaient une plus grande diminution que les répondeurs dans la pente Δ ̇VO2∕ΔPO - qui est un marqueur de l'efficacité du cyclisme . De plus, les non-répondeurs ont également présenté une augmentation significative de POpeak et de LTP1 entre le pré-entraînement et le post-entraînement, malgré l'absence d'augmentation du VO2max.

2. L'entraînement physique a montré des effets microvasculaires positifs chez les répondeurs, avec une augmentation significative de l’ASC StO2 après l'entraînement.

3. Aucune différence statistique n'a été observée entre les répondeurs et les non-répondeurs en ce qui concerne la composition corporelle, la pression artérielle, les paramètres sanguins à jeun ainsi que les adaptations cardiaques au repos.

L'intervention d'entraînement physique dans la présente étude était relativement courte, ce qui pourrait expliquer l'absence de certains changements structurels (par exemple, la morphologie cardiaque) (Lundby et al., 2017). Par conséquent, la discussion des auteurs se limite aux résultats présentés ici et ne s'applique qu'aux effets à court terme de l'entraînement physique. Davantage d'études dose-réponse sont nécessaires pour déterminer la dose minimale d'exercice requise pour déclencher des adaptations.

Conclusion

Cette étude a montré qu'en dehors des différences entre les répondeurs et les non-répondeurs en termes de condition cardiorespiratoire (c'est-à-dire VO2max), les répondeurs présentaient également une plus grande amélioration de la réactivité microvasculaire. Fait intéressant, les non-répondants ont eu une plus grande amélioration de l'efficacité du cyclisme que les répondeurs. Aucune différence n'a été observée dans les adaptations de la composition corporelle, de la pression artérielle, des paramètres sanguins à jeun et des mesures cardiaques au repos. Les résultats de cette étude mettent en évidence comment des changements dans la VO2max (qui est un descripteur important de la fonction globale du système cardiovasculaire) pourraient avoir lieu avant que d'autres résultats liés à la santé ne soient modifiés. Par conséquent, il existe un besoin croissant de prescription d’entrainements personnalisés en fonction du résultat clinique visé.
NOUVELLES DÉCOUVERTES

Quelle est la question centrale de cette étude ?


Les auteurs ont cherché à répondre à la question de savoir si les répondants élevés à l'exercice, caractérisés par des changements dans la condition cardiorespiratoire, présenteraient également des changements significatifs dans d'autres variables liées à la santé, telles que la composition corporelle, le contrôle de la glycémie, les lipides sanguins et autres.
L'idée centrale est que l'exercice n'est certainement pas une approche « taille unique » et que les guidelines actuelles en matière d'exercice sont basées sur la population générale. Comprendre l'interaction entre les mesures de la condition physique et les mesures liées au risque cardiovasculaire permettrait de faire progresser la médecine préventive et son efficacité, en se concentrant davantage sur les caractéristiques individuelles.

Quelle est la principale conclusion et son importance?

Les auteurs ont montré que, dans les paramètres liés à la condition physique, les répondeurs présentaient une augmentation plus importante de la puissance maximale et du deuxième seuil de lactate, tandis que les non-répondeurs présentaient une plus grande amélioration de l'efficacité du cyclisme. En termes de santé vasculaire, les répondeurs ont montré des adaptations plus importantes que les non-répondeurs en termes de réactivité microvasculaire. Aucune différence statistique n'a été observée entre les répondeurs et les non-répondeurs en ce qui concerne la composition corporelle, la pression artérielle, les paramètres sanguins à jeun ainsi que les adaptations cardiaques au repos.

L'article

Maturana, F. M., Soares, R. N., Murias, J. M., Schellhorn, P., Erz, G., Burgstahler, C., Widmann, M., Munz, B., Thiel, A., & Nieß, A. M. (2021). Responders and non-responders to aerobic exercise training : beyond the evaluation of VO2max. Physiological Reports, June, 1–21. https://doi.org/10.14814/phy2.14951