Évaluation des aptitudes cardiorespiratoires en obésité pédiatrique

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Traduction par D Thivel

Auteur(s):

David Thivel David Thivel

Université Clermont Auvergne, EA 3533, Laboratoire des adaptations métaboliques a
l’exercice en conditions physiologiques et pathologiques (AME2P), BP 80026,
F-63171 Aubière cedex, France.

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Julien Aucouturier Julien Aucouturier
Université Droit et Santé Lille 2, EA 4488 “Activité Physique, Muscle, Santé”,
Faculté des Sciences du Sport et de l’Education Physique, 59790 Ronchin, France
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Aptitude cardio-respiratoire des enfants et adolescents obèses.

Les enfants et les adolescents obèses présentent en règle générale des capacités physiques globales, et plus particulièrement une aptitude cardiorespiratoire, plus faibles que celles de leurs homologues de poids normaux. L’effort accru requis pour déplacer une masse corporelle importante et une quantité excessive de masse grasse (MG) en sont les principales explications1. Chez les enfants souffrant d’une obésité sévère, cette faible aptitude cardiorespiratoire peut, en partie, résulter d’une insuffisance respiratoire, par diminution du volume de réserve expiratoire (VRE) et des capacités résiduelles fonctionnelles, notamment en raison d’une plus faible compliance pulmonaire.

He et al. n’ont observé aucune différence de fonctions pulmonaires entre des enfants minces et obèses, malgré une prévalence plus élevée de symptômes respiratoires chez les jeunes obèses, pouvant occasionnellement affecter leur capacité cardiorespiratoire 6.En effet, les performances cardiorespiratoires des enfants et adolescents obèses sont inférieures lorsqu’elles sont ajustées à la masse corporelle mais, similaires voire plus élevées que celles des enfants et adolescents minces une fois exprimées en valeurs absolues. De plus, ces différences disparaissent lorsque les performances sont ajustées à la masse maigre (MM), suggérant que la capacité oxydative maximale musculaire n’est pas altérée par l’obésité chez les plus jeunes 7,8. Par exemple, Lazzer et al. ont rapporté une consommation maximale d’oxygène (VO2max), exprimée en valeur absolue (L.min-1), supérieure d’environ 27% chez les jeunes obèses de 12 à 16 ans. En revanche, une fois ajusté à la MM, aucune différence ne persiste entre les adolescents obèses et les enfants de poids normaux, comme illustré par la Figure 1 9.

A partir d’un test incrémental sur tapis roulant, réalisé jusqu’à épuisement, Watanabe et al. ont observé une relation significative inverse entre l’aptitude cardiorespiratoire des adolescents obèses de 12 à 15 ans et leur masse grasse (MG) corporelle7. Des méthodes de mesure indirectes ont été développées lorsque la VO2max ne peut pas être évaluée directement, permettant d’obtenir des résultats corrélés à ceux issus d’une mesure directe (Queen’s college step test)10. L’excès de graisse corporelle semble aussi contribuer à l’intolérance à l’effort et à une faible aptitude cardiorespiratoire chez les jeunes obèses 7. Certaines études suggèrent de plus une disparité entre les effets de l’obésité entre filles et garçons. Mota et al. n’ont pas observé de différence entre les aptitudes cardiorespiratoires de garçons minces, en surpoids ou obèses à l’âge de 8 ans, alors que des filles obèses et en surpoids présentaient une aptitude aérobie inférieure à celle des filles de poids normal 11. Ces données concordent avec les résultats d’une étude longitudinale qui montre une association significative entre les aptitudes cardiorespiratoires des filles mais non des garçons et l’incidence du surpoids et de l’obésité 12.

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Figure 1. Illustration des différences de VO2 entre enfants/adolescents de poids normaux et obèses en fonction de son expression, au cours d’un test d’effort progressif (par rapport à la masse corporelle (A) ou à la masse maigre (B).

 

 

Bien que l’entraînement régulier soit la meilleure méthode pour améliorer les aptitudes cardiorespiratoires chez les jeunes obèses, leur faible condition physique initiale est un obstacle à leur engagement dans des activités physiques régulières, expliquant en partie le faible niveau de compliance généralement observé au cours d’interventions en activité physique 13.

Sur le plan clinique, un des principaux challenges à relever de manière à évaluer les effets des programmes de prise en charge est de mesurer correctement les aptitudes cardiorespiratoires des enfants et adolescents obèses, à l’aide de tests validés et adaptés.

 

Comment mesurer les aptitudes cardiorespiratoires en obésité pédiatrique ?

La consommation maximale d’oxygène (VO2max): le « gold standard »

Les tests de laboratoire évaluant la capacité cardiorespiratoire mesurent ou prédisent la consommation d’oxygène (VO2max) et sont considérés comme des méthodes de référence 14-17. La VO2max est évaluée dans des conditions de référence lors d’une épreuve maximale de pédalage ou de course conduite jusqu’à épuisement, avec une charge de travail croissante, exprimée en Watt lorsqu’elle est effectuée sur un ergocycle, ou via la vitesse et/ou l’inclinaison lors de la pratique sur un tapis roulant. Que ce soit sur un ergocycle ou un tapis roulant, la durée de chaque palier à une même charge de travail ou vitesse varie entre 1 et 3 minutes. Chez les enfants et les adolescents, les critères d’atteinte de VO2max sont l’épuisement subjectif, un rythme cardiaque supérieur à 195 battements.min-1 et / ou un quotient respiratoire (QR : VCO2 / VO2) supérieur à 1,02 et / ou un plateau de VO2 18. Bien que cette méthode soit largement utilisée, la réalisation d’un test d’effort maximal nécessite un fort encouragement de la part de l’investigateur ou de l’équipe médicale et reste difficile à effectuer chez les sujets obèses. Les enfants et les adolescents obèses perçoivent ces tests incrémentaux comme plus difficiles à réaliser (évaluation à l’aide d’échelles de perception de l’effort) que leurs pairs de poids normaux 19, surtout à cause de la douleur et la fatigue ressenties.

Les enfants rarement engagés dans une activité physique de haute intensité ne parviennent souvent pas à atteindre les critères requis de VO2max mentionnés au cours d’un test maximal d’aptitude cardiorespiratoire. Si ces critères ne sont pas satisfaits, la consommation maximale d’oxygène mesurée est appelée VO2peak plutôt que VO2max 20. La VO2peak représente la consommation d’oxygène la plus élevée atteinte par le participant lors d’un protocole maximal, mais avec des critères moins stricts que ceux de l’atteinte de la VO2max. A titre d’exemple, Breithaupt et al. rapportent que seuls 18 des 62 enfants obèses étudiés, soumis à un test maximal d’aptitude cardiorespiratoire, ont été en mesure d’atteindre leur VO2max sur la base des critères présentés ci-dessus 21.

Outre VO2max, deux seuils ventilatoires (SV1 et SV2) peuvent être déterminés lors d’un test incrémental, chacun étant caractérisé par une augmentation disproportionnée de la ventilation (VE) par rapport à l’augmentation de VO2. SV1 et SV2 sont considérés comme de bons indicateurs physiologiques de l’endurance cardiorespiratoire, mais restent difficiles à déterminer avec précision chez les enfants et les adolescents obèses en raison d’une fréquence respiratoire trop irrégulière. Ces seuils seraient pratiquement indétectables chez 20% des enfants et des adolescents 22, 23. Malgré ces limitations, la détermination des seuils ventilatoires peut être utilisée pour la prescription d’exercice. Ainsi, l’entraînement à une intensité inférieure au SV1 représentera une intensité d’exercice modérée qui favorisera l’oxydation des graisses 24. L’entraînement alternant des intensités modérées et élevées (entre SV1 et SV2) est associé à une réduction des facteurs de risque cardiovasculaire 25 et l’exercice au SV2 peut réduire la consommation d’énergie post-exercice 26.

Les tests de laboratoire maximaux avec mesure de l’échange gazeux représentent certes la méthode la plus précise pour évaluer les capacités cardiorespiratoires, mais ils restent coûteux et souvent inaccessibles aux patients ou à de nombreux praticiens. Des tests sous-maximaux ont donc été développés et validés dans la population pédiatrique générale 27, et sont de mieux en mieux adaptés aux jeunes obèses.

Tests sous-maximaux: du laboratoire au terrain

Les tests d’effort sous-maximaux validés offrent une alternative précieuse et fiable pour estimer la VO2max. Les mesures sous-maximales n’exigent pas que les participants déploient leurs efforts jusqu’à épuisement, permettant ainsi de surmonter certaines limites inhérentes aux tests maximaux. Ils sont aussi mieux tolérés par les patients présentant certaines limitations à l’effort physique, une fatigue importante ou des douleurs pendant l’exercice17.

Généralement, des extrapolations de VO2max ou de puissance maximale sont réalisées à partir de la fréquence cardiaque maximale théorique (FC) et de la relation linéaire entre la puissance de travail (ou VO2) et la fréquence cardiaque mesurée lors d’épreuves comprenant au moins deux paliers d’intensités sous-maximales 28. L’estimation des capacités cardiorespiratoires peut aussi être effectuée à l’aide d’autres variables prédictives tels le temps de récupération de la fréquence cardiaque au cours de step-tests 29, 30 ou des équations prédictives validées reposant sur différents paramètres : l’âge, le sexe, le poids corporel, la fréquence cardiaque de repos entre autres 31-33.

Récemment, Breithaupt et al. ont proposé un nouveau protocole sous-maximal adapté aux jeunes obèses (protocole HALO: protocole de groupe de recherche Healthy Active Living and Obesity) qu’ils ont comparé à un test maximal progressif réalisé jusqu’à épuisement chez 21 adolescents obèses 34. Ce protocole repose sur un test de marche composé de paliers consécutifs de 4 minutes réalisés à vitesse constante (rapide mais confortable) afin de s’assurer que l’état d’équilibre de la VO2 et de la FC est atteint. Après un échauffement de 4 minutes, l’inclinaison du tapis roulant est augmentée de 3% à chaque palier. Le test se termine lorsque le participant: i) atteint 85% de sa FC maximale estimée; ii) a accompli 20 minutes d’exercice; iii) indique qu’il ne peut plus continuer.
La VO2peak est alors prédite en extrapolant la relation linéaire FC-VO2 à la FCmax prédite par l’âge.
Alors que seul 29% de l’échantillon atteint un plateau de VO2 pendant le test maximal, tous les participants ont terminé le protocole HALO et ont jugé l’effort moins difficile.
Le protocole sous-maximal HALO propose donc une méthode précise et validée pour estimer VO2peak par rapport à un test maximal classique. En outre, ce test estime mieux le VO2peak que les méthodes sous-maximales validées jusqu’à présent chez les jeunes obèses 34.

Un protocole sous-maximal plus court a également été validé chez les adolescents obèses par rapport à une mesure de VO2 max en laboratoire. Nemeth et al. ont demandé à 113 garçons et filles obèses, de 12 ans, de réaliser un exercice de 4 minutes sur tapis roulant 33. Après un échauffement de 4 minutes à une vitesse de marche de confort choisie par l’adolescent (inclinaison du tapis roulant = 0%); les participants ont été invités à maintenir cette vitesse pendant 4 minutes alors que l’inclinaison du tapis roulant augmentait à 5%. La fréquence cardiaque a été enregistrée au repos et à la fin des 4 minutes et la vitesse de marche notée. S’appuyant sur ces deux variables, les auteurs proposent une équation d’estimation de VO2 max incluant le sexe, le poids (kg) et la taille (cm) .

Ces méthodes simples qui ne requièrent que la mesure des FC, prédisent avec précision VO2max chez les enfants et les adolescents obèses et en surpoids 33 et offrent aux praticiens des méthodes réalisables d’évaluation de la condition cardiorespiratoire. Plusieurs méthodes de terrain peu coûteuses, faciles à mettre en œuvre et reproductibles, initialement validées chez les enfants de poids normaux sont communément utilisées chez les jeunes obèses 17, 35-37. Les deux principaux tests de terrain utilisés sont le test de marche de six minutes (TM6) et le test navette. Le test de marche de 6 minutes est une méthode précise et pratique pour évaluer la capacité cardiorespiratoire à une intensité sous-maximale chez les enfants 38. Il est démontré qu’il reflète mieux les activités de la vie quotidienne que tout autre test de marche fonctionnel 39. Les valeurs de référence établies récemment facilitent l’utilisation du TM6 et permettent de déterminer la qualité de la capacité cardiorespiratoire d’un enfant 40-44.

Plusieurs études rapportent de façon prévisible des distances parcourues inférieures chez les enfants obèses par rapport aux enfants et adolescents minces lors d’un TM6 45, 46. Elloumi et al. ont confirmé la validité du TM6 chez les adolescents obèses par comparaison avec un protocole sous-maximal incrémental validé avec des mesures d’échange gazeux 47. Le TM6 s’avère sensible aux changements de condition physique des adolescents obèses liés à un programme d’activité physique de 2 mois 47, 48. Le TM6 a également été utilisé pour estimer le point maximal d’oxydation des graisses (Fatmax ou Lipoxmax), lorsque la mesure des échanges gazeux et l’utilisation de la VO2 et VCO2 pour calculer le taux d’oxydation des graisses n’est pas disponible (en utilisant la distance effectuée pendant le test comme valeur centrale dans une équation prédictive) 49.

Le test navette développé par Leger et al. est l’un des tests de terrain les plus utilisés pour évaluer la condition cardiorespiratoire chez les jeunes 50. Au cours de ce test, les enfants sont invités à courir le plus longtemps possible, entre deux lignes espacées de 20 mètres, à une vitesse croissante imposée par un enregistrement sonore émettant des tonalités à des intervalles donnés. Le test commence à 8 km/h et augmente de 0,5 km / h toutes les minutes. Le test se termine lorsque le participant n’est plus en mesure de terminer un palier. Castro-Pineiro et al. ont montré que les enfants en surpoids et obèses ont des performances plus faibles que les enfants minces à ce test 51, en raison en particulier d’une vitesse de course trop élevée dès le premier palier (8 km/h). Ceci a conduit au développement d’une version adaptée du test  navette : 15 paliers allant de 1,8 à 10,3 km/h sur une distance de 10 mètres 36. Plus récemment, une autre version adaptée du test navette a été développée pour les enfants et adolescents obèses 52. Dix paliers ont été ajoutés au début du test navette d’origine afin de réduire la vitesse de départ et la vitesse sur la durée du test 52. Ensuite, on demande aux participants de débuter l’épreuve à 4 km/h (vitesse de marche) avec un incrément de 0,5 km/h toutes les minutes. La vitesse initiale de 8 km/h est atteinte après 10 minutes. Les auteurs ont montré une forte corrélation entre la vitesse maximale obtenue et la VO2 maximale évaluée en laboratoire (r = 0,81), ce qui suggère la validité de cette version adaptée du test chez les jeunes obèses 52.

 

Conclusions et recommandations

La capacité cardiorespiratoire réduite des enfants et adolescents obèses, constitue l’une des principales raisons de leur pratique réduite des activités physiques. L’évaluation correcte de la capacité cardiorespiratoire dans cette population a un double intérêt. Tout d’abord, elle constitue un paramètre clinique important pour le diagnostic et le suivi de la santé fonctionnelle et métabolique, de ces sujets. Une évaluation directe et maximale devrait donc être encouragée. D’un point de vue plus pratique, la capacité cardiorespiratoire est une information nécessaire à la mise en œuvre de programmes de prise en charge de l’obésité, reposant sur l’activité physique. Disposer des indicateurs de la capacité cardiorespiratoire aidera les praticiens et / ou les éducateurs à prescrire correctement les activités physiques en déterminant les intensités d’exercices appropriées et en contrôlant leur progression durant ces interventions. Lorsque la mesure directe de la VO2max n’est pas disponible, les tests sous-maximaux et de terrain sont des alternatives fiables. Grâce à leur faisabilité, ces tests peuvent être répétés plusieurs fois pendant le programme et permettre une éventuelle adaptation de la prescription d’exercices.

 

ENCADRE 1

L’aptitude cardio-respiratoire, ou capacité aérobie, décrit la capacité du corps à réaliser des activités d’intensités élevées ou sur une période prolongée sans stress physique ou fatigue excessive. Une aptitude cardiorespiratoire élevée permet de supporter les activités de la vie quotidienne et les activités de loisir plus facilement et avec une efficacité supérieure53.

L’endurance cardio-respiratoire est la capacité du système cardiorespiratoire à fournir de l’oxygène aux muscles actifs lors d’efforts prolongés sous-maximaux54.

 

ENCADRE 2

Facteurs limitant l’évaluation des capacités cardio-respiratoires chez le jeune obese.

Douleur. L’excès de poids inhérent au surpoids et à l’obésité est responsable d’une augmentation des douleurs musculaires, limitant l’engagement dans des activités physiques 55. Dans une récente revue de la littérature, Smith et al. ont souligné le rôle joué par l’obésité chez les plus jeunes sur l’accroissement des dysfonctions et douleurs musculo-squelettiques et ostéo-articulaires 56. Les enfants et adolescents en surpoids et obèses ont davantage de problèmes articulaires au niveau des genoux, poignets ou encore chevilles par rapport à leur homologues minces 57. Tout ceci constitue une limite importante à la réalisation de tests physiques et favorise un arrêt prématuré des épreuves, qu’elles soient maximales ou sous-maximales.

Limitations respiratoires. L’obésité s’accompagne de nombreuses complications métaboliques qui limitent l’adhésion des jeunes en surpoids et obèses à des tests physiques ou programmes d’activité physique. La réduction de la compliance thoracique, ou encore l’augmentation de la résistance respiratoire à de faibles volumes respiratoires ont été entre autres identifiées 58-60 et contribuent à la contrainte ventilatoire 61, à l’augmentation de la fatigue des muscles respiratoires 62, puis à une dyspnée. Cette réponse ventilatoire à l’exercice excessive chez les plus jeunes par rapport à la demande métabolique, favorise la contrainte ventilatoire chez les enfants et adolescents obèses 63, 64. Une taille de poumons inférieure65 chez les jeunes obèses serait à l’origine d’une réduction du débit expiratoire défavorable à la compliance à des épreuves maximales et sous-maximales 66.

Perception de l’effort (RPE). Bien que peu de données soient disponibles sur la perception de l’effort lors d’une épreuve incrémentale chez l’enfant obèse, il semble que sa perception de la difficulté lors d’un test d’évaluation des aptitudes cardio-respiratoires soit exacerbée par rapport à celle des enfants minces 19. Belanger et al. ont également mis en exergue une perception de l’effort plus élevée chez des adolescents obèses lors d’une épreuve maximale par rapport à une épreuve sous-maximale 67. D’après Ward & Bar-Or, l’excès de poids et la capacité physique moindre induits par l’obésité, augmentent la perception des difficultés induites par l’exercice, et s’avère l’une des principales limitations à ces activités 68. Cette perception exacerbée de la difficulté à l’effort favorise très certainement l’arrêt prématuré des tests physiques et peut donc générer une sous-estimation des aptitudes aérobies.

 

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