Effet de l`entraînement aérobie sur la variabilité de la

Science & Sports 24 (2009) 128–136
Revue générale
Effet de l’entraînement aérobie sur la variabilité de la
fréquence cardiaque au repos
Effect of aerobic training on heart rate variability at rest
F.-X. Gamelin a,∗ , S. Berthoin a , L. Bosquet a,b
a
Laboratoire d’études de la motricité humaine, faculté des sciences du sport et de l’éducation physique, université de Lille-2,
9, rue de l’Université, 59790 Ronchin, France
b Département de kinésiologie, université de Montréal, CP 6128, succursale centre-ville, Montréal, Québec H3C 3J7, Canada
Reçu le 13 juin 2007 ; accepté le 28 octobre 2008
Disponible sur Internet le 11 décembre 2008
Résumé
Objectifs. – L’objet de cette revue est de faire un état des lieux des études qui se sont intéressées aux effets de l’entraînement sur le contrôle
autonome du système cardiovasculaire mesurés par la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) à court terme au repos.
Actualités. – De nombreuses maladies cardiovasculaires sont associées à des troubles du système nerveux autonome. La VFC constitue alors
un outils pronostics de mortalité intéressant dans le domaine clinique. L’entraînement aérobie constitue une alternative non pharmacologique pour
augmenter la régulation de la fréquence cardiaque au repos et pour améliorer la santé cardiovasculaire.
Perspectives et projet. – Si l’effet bénéfique de l’entraînement aérobie sur la VFC est maintenant admis, il semble que les adaptations induites au
niveau de contrôle nerveux autonome du système cardiovasculaire soit dépendante de nombreux facteurs tels que l’âge, le sexe et les caractéristiques
de l’entraînement. Ces derniers facteurs restent un domaine de recherche à approfondir pour définir la quantité minimale d’exercice nécessaire à
l’amélioration de la VFC et par conséquent de la santé cardiovasculaire.
© 2008 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Abstract
Aim. – The aim of this paper is to review our scientific knowledge of the effect of aerobic training on the activity of the autonomic nervous
system on the cardiovascular function measured by short-term heart rate variability (HRV).
Current knowledge. – Cardiovascular morbidity and mortality are associated with autonomic nervous system disorders. Then, HRV represents
prognosis tool of cardiovascular mortality. Aerobic training is a non-pharmacological process to increase cardiovascular health.
Points of view and plans. – Even if aerobic training improved HRV, cardiovascular autonomic adaptations seem to be dependant of various
factors such as age, sex and training characteristics. To determine minimal quantity of physical activity to improve HRV and cardiovascular health,
it is necessary to study the impact of these parameters.
© 2008 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.
Mots clés : Analyse spectrale ; Fréquence cardiaque ; Système nerveux autonome ; Système cardiovasculaire
Keywords: Autonomic nervous system; Cardiovascular system; Heart rate; Spectral analysis
1. Introduction
La fréquence cardiaque (Fc) varie continuellement sous
l’influence de mécanismes de contrôle dont le but est de
∗
Auteur correspondant.
Adresse e-mail : [email protected] (F.-X. Gamelin).
0765-1597/$ – see front matter © 2008 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
doi:10.1016/j.scispo.2008.10.004
maintenir l’homéostasie cardiovasculaire face aux perturbations
extérieures. La variation de la Fc constitue le reflet de ces mécanismes de contrôle et plus particulièrement du contrôle nerveux
autonome à destinée cardiaque [70].
La variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) constitue une
méthode d’évaluation du contrôle nerveux autonome de la Fc
[19]. Si la signification de cette mesure est encore remise en
cause, il est indéniable que la VFC demeure un outil important
F.-X. Gamelin et al. / Science & Sports 24 (2009) 128–136
de la médecine préventive et de la recherche clinique. En effet,
sa mesure reste abordable et constitue l’un des rares moyens non
invasifs d’appréciation du fonctionnement du contrôle nerveux
autonome. Du reste, elle trouve toute son utilité par la variation
caractéristique des résultats en fonction de troubles physiologiques [38,77] et psychophysiologiques [16,20] chez le sujet
malade comme chez le sujet asymptomatique [48].
Même si les différentes maladies [70], les facteurs héréditaires, l’âge et le sexe déterminent la VFC [65] des interventions
pharmacologiques permettent de la faire évoluer favorablement
[70]. L’activité physique, en particulier l’entraînement de type
aérobie, constitue une alternative non pharmacologique qui peut
s’avérer très intéressante pour augmenter la régulation nerveuse
autonome de la Fc au repos [10,35,50,72] et pour améliorer de
manière générale la santé [56].
Cette revue de la littérature a pour objet de faire un état
des lieux des études qui se sont intéressées aux effets de
l’entraînement sur le contrôle autonome du système cardiovasculaire mesurés par la VFC au repos.
2. La signification des mesures
Les structures du système nerveux autonome (SNA) à destinée cardiovasculaire sont très délicates d’accès. De nombreuses
méthodes et techniques ont donc été proposées pour mesurer
indirectement l’activité autonome sur la fonction cardiaque.
Généralement les méthodes non invasives de détermination de
la régulation de la fonction cardiaque par le SNA reposent sur
des manœuvres physiques permettant de solliciter particulièrement une branche de celui-ci (système nerveux parasympathique
[SNP] ou système nerveux sympathique [SNS]). Plusieurs techniques liées à la mesure de la Fc sont disponibles pour mesurer
l’effet de ces manœuvres sur le SNA. Nous traiterons ici de la
mesure la plus fréquemment retrouvée dans la littérature scientifique c’est-à-dire de la VFC au repos.
2.1. La variabilité de la fréquence cardiaque
Le muscle cardiaque possède son propre rythme de contraction (rythme sinusal), néanmoins, il est continuellement sous
l’influence de nombreux facteurs tels que la respiration [4],
l’activité rénine angiotensine [70] ou l’activité nerveuse autonome via le SNS et le SNP. L’intégration de ces différents
facteurs se traduit alors par des variations battement par battement de la Fc (c’est-à-dire la VFC) plus ou moins complexes
et caractéristiques en temps et en amplitude selon les influences
dominantes [78]. Néanmoins, concernant le SNA et pour être
très schématique, le SNS aura tendance à diminuer le temps
entre deux battements cardiaques (c’est-à-dire intervalle R-R)
alors qu’une stimulation parasympathique augmentera la durée
des intervalles. Toutefois, l’interaction entres ces deux systèmes
est plus complexe qu’un simple relation agoniste–antagoniste
[18].
L’une des méthodes les plus simples pour apprécier les variations de Fc est d’étudier la VFC dans le domaine temporel
c’est-à-dire les variations de la durée entre deux battements
cardiaques (c’est-à-dire intervalle R-R) au moyen de simples
129
statistiques [70]. Toutefois, ces méthodes ne permettent pas de
discriminer les activités des branches du SNA.
D’autres méthodes de mesure, quant à elles, se reposent sur
une analyse fréquentielle (domaine fréquentiel) telles que la
transformée rapide de Fourier ou la modélisation autorégressive [70]. Au contraire de l’analyse dans le domaine temporel,
ces méthodes permettent corréler l’activité du SNS ou du SNP
avec des bandes de fréquences caractéristiques. Néanmoins, ces
méthodes ne sont réalisables que sur des signaux stationnaires
ce qui restreint leurs domaines d’utilisation.
Au contraire les méthodes d’analyses en temps–fréquences
comme la transformée de Fourier à court terme [13], la transformée en ondelettes [59], la distribution de la pseudo Wigner-Ville
lissée [14] ou les analyses non linéaires tel que le calcul de
l’exposant maximal de Lyapunov, detrended fluctuations analysis [11] ne dépendent pas du principe de stationnarité du signal
ce qui permet leur utilisation dans des conditions d’exercice, par
exemple.
Comme il a été précédemment souligné, à partir de simples
statistiques, il est possible de réaliser une analyse de la VFC.
Dans le domaine temporel, les paramètres les plus utilisés sont
SDNN, rMSSD et pNN50. SDNN constitue l’écart-type de la
série des intervalles battement par battement (R-R) et correspond à la variabilité globale du signal analysé. rMSSD, la racine
carrée de la moyenne des carrés des différences entre les intervalles R-R, indice de la variabilité à court terme, représenterait
la modulation parasympathique de l’activité cardiaque par le
SNA. pNN50, le pourcentage de périodes R-R adjacentes dont
la différence est supérieure à 50 ms dans un enregistrement entier
correspond également à un indice de la variabilité à court terme.
Si ces calculs sont simples d’accès, l’une des limitations les plus
importantes de l’analyse dans le domaine temporel est le manque
de discrimination entre les deux branches du SNA.
La transformée rapide de Fourier, mise au point par Cooley
et Tukey, se base sur les théories de Joseph Fourier et la décomposition des fonctions périodiques. Elle décompose le signal en
sinusoïdes simples d’amplitude, de fréquence et de phase différente. À partir de cette décomposition, il est possible d’obtenir la
densité de la puissance spectrale (exprimée en ms2 /Hz−1 ) mais
surtout la puissance spectrale (ms2 ), totale (PST), et à celles
définies dans différentes bandes de fréquences. Des phénomènes
physiologiques ont été attribués à ces bandes. On distingue principalement les bandes en [70] :
• basse fréquence (BF) : entre 0,04–0,15 Hz ;
• haute fréquence (HF) : entre 0,15–0,4 Hz.
Les composantes de BF ont été attribuées à la modulation
de l’activité cardiaque par le SNS et le SNP [43]. Il semble
cependant que la puissance spectrale en BF représente des mécanismes plus complexes que la simple influence de ces activités
[42,49,66].
Les composantes de HF semblent refléter l’activité parasympathique [1], couplée avec une influence centrale [62] et
périphérique respiratoire [4]. Certains auteurs calculent également le ratio BF : HF [55]. Il permet d’estimer le contrôle alterné
entre l’activité sympathique et parasympathique c’est à dire la
130
F.-X. Gamelin et al. / Science & Sports 24 (2009) 128–136
balance sympathovagale. Ce ratio se préserve de l’influence de
la variabilité totale tout comme l’expression de la puissance
spectrale dans chaque bande en unité normalisée (u.n.) par rapport à la PST (BF + HF). Toutefois, ces paramètres doivent être
interprétés avec précaution dans certaines conditions.
L’interprétation de la puissance spectrale dans les BF et les
HF doit donc être réalisée avec prudence et ne peut être en aucun
cas exclusivement associée au tonus sympathique et au tonus
parasympathique.
3. Effet de l’entraînement sur la VFC
3.1. Les études transversales
Le mise en évidence des effets de l’entraînement de type
aérobie sur le SNA a d’abord été réalisée au moyen de blocages
pharmacologiques. En effet, après injection d’atropine (effet
parasympatholytique), l’augmentation de la Fc est supérieure
chez des athlètes comparativement à des sujets sédentaires [67].
Ce phénomène s’explique par le blocage de l’effet chronotrope
négatif du SNP au niveau de la fonction cardiaque supérieur
chez l’athlète. De nombreux auteurs ont cherché à confirmer
ces différences entre les populations sédentaires et les populations sportives au travers de la VFC (Tableau 1). Certaines
études ont souligné une variabilité totale supérieure chez les
athlètes pratiquant une activité à dominante aérobie [15,71,79],
induite notamment par un tonus vagal plus important [24,31,46].
D’ailleurs, Goldsmith et al. [24] rapportent une corrélation significative entre le V̇ O2 max exprimé en kilogramme de masse
maigre, rMSSD et pNN50 (r = 0,79 ; p < 0,0001 et r = 0,82 ;
p < 0,0001, respectivement) chez 27 sujets (âge : 22–44 ans ;
V̇ O2 max : 44,8 ± 13,0 ml/min par kilogramme). Les adaptations
au niveau du SNA à destinée cardiaque semblent donc étroitement liées à celles permettant d’améliorer le V̇ O2 max et laissent
supposer qu’il existe des déterminants communs entre la VFC
et V̇ O2 max .
Néanmoins, toutes les études n’aboutissent pas aux mêmes
résultats [21,31,40,47]. Buchheit et al. [9] ne rapportent aucune
différence significative entre des sujets très entraînés et des sujets
sédentaires au niveau de la VFC alors qu’ils observent une différence significative entre des sujets actifs et les sujets sédentaires
(p < 0,05). Même si dans cette étude les V̇ O2 max ne sont pas
indiquées, on aurait pu s’attendre à des valeurs supérieures chez
les athlètes comme le suggèrent Goldsmith et al. [24]. Ainsi,
plus que l’amélioration des déterminants du V̇ O2 max , il est probable que la charge d’entraînement et/ou la quantité d’activité
physique soient déterminantes dans l’augmentation de l’activité
nerveuse autonome cardiotrope. D’ailleurs, certaines études
[21,47] rapportent une balance autonome significativement
supérieure (p < 0,05). Cette prédominance de la modulation
sympathique serait liée à la charge d’entraînement des athlètes puisque lors de la période d’entraînement intensif, une
prédominance sympathique sur la balance sympathovagale est
fréquemment rapportée [29].
Cependant, la relation en U inversé décrite par Goldberger et
al. [23] entre l’activité parasympathique et la VFC peut également expliquer cette hétérogénéité de résultats. Ainsi, malgré un
V̇ O2 max et une modulation parasympathique plus élevées et une
bradycardie prononcée, il est possible que les athlètes affichent
des paramètres de VFC inférieurs aux actifs et équivalent aux
sédentaires.
À partir des différentes études décrites précédemment, il est
logique de penser que l’entraînement aérobie modifie l’activité
du SNA à destinée cardiaque probablement par une augmentation du tonus parasympathique.
3.2. Les études longitudinales
Même si la majorité des études transversales laisse supposer que l’athlète bénéficie d’un contrôle vagal supérieur
par rapport aux sédentaires, les études longitudinales permettent d’approfondir les connaissances concernant l’effet de
l’entraînement sur la régulation autonome de la Fc. Une analyse
approfondie de la littérature indique une hétérogénéité des protocoles (Tableau 2). Néanmoins, quelques hypothèses peuvent
être émises sur l’effet de la durée et du volume d’entraînement
mais également sur l’effet de l’âge et du sexe sur les adaptations
autonomes.
3.2.1. Effet de la durée du programme d’entraînement
Pour induire des adaptations au niveau du contrôle nerveux
autonome de la Fc, l’exposition au stimulus doit être assez
importante. Si les adaptions aiguës induites par l’exercice ne
sont plus visibles après 48 heures [51], il semble qu’une période
de 12 semaines soit nécessaire pour induire des adaptations chroniques [22]. Toutefois, des périodes plus courtes telles que deux
semaines suffisent pour modifier favorablement la régulation
autonome avec un entraînement intensif [35]. Lee et al. [35]
ont montré après deux semaines d’entraînement aérobie intensif
(huit séances de 40 minutes à 80 % de la Fc de réserve) chez
12 sédentaires (âge : 23 ± 3 ans), une modification de la VFC
par une diminution significative de BF u.n, de BF : HF et une
augmentation significative de la variabilité totale représentée
(p < 0,01).
Néanmoins, la majorité des études qui ont mis en évidence un
effet de l’entraînement sur la régulation autonome de la Fc utilisent de plus longues périodes de l’ordre de six à 12 semaines.
En effet, Melanson et al. [45] ont étudié l’effet d’un entraînement de 16 semaines chez 11 hommes sédentaires (37 ± 2 ans).
Dès la 12e semaine, ils observent une augmentation significative
des paramètres temporels (rMSSD et pNN50, p < 0,01) et de la
puissance spectrale en HF (p < 0,05). Ces résultats recoupent
les données des autres études qui montrent que, dès six à
12 semaines, l’entraînement provoque une augmentation de la
VFC et notamment de l’activité parasympathique représentée
par une augmentation de la variabilité à court terme de la Fc
[10,30,36,50,58,72].
Curieusement les études portant sur des périodes
d’entraînement plus longues, supérieures à 12 semaines,
sont moins concluantes sur les adaptations au niveau de la régulation autonome de la Fc au repos [26,27,30,39,52,54,63,68,74].
En effet, Uusitalo et al. [74] ne mettent en évidence aucun
résultat significatif après un entraînement de 48 semaines chez
F.-X. Gamelin et al. / Science & Sports 24 (2009) 128–136
131
Tableau 1
Études comparatives entre des populations sédentaires (Sed), actives (Act), sportives (Ath) et sportives désentrainées (Des).
Nombre
de sujet
Population
V̇ O2 max
(ml/min/kg)
Études rapportant une différence significative de la variabilité totale et à court terme
Buchheit et al. 2004 [9]
12
–
25
10
–
25
Buchheit et al. 2006 [8]
12
–
32 ± 3
13
–
27 ± 3
Davy et al. 1998 [15]
11
11
28 ± 1
12
12
31 ± 1
Davy et al. 1998 [15]
12
12
61 ± 1
10
10
59 ± 1
Dixon et al. 1992 [17]
14
–
27 ± 3
10
–
28 ± 4
Goldsmith et al. 1992 [25]
8
–
29 ± 3
8
–
28 ± 4
15
–
22 ± 2
Kouidi et al. 2002 [34] b
15
–
18 ± 3
Triposkiadis et al. 2002 [71]
20
6
11 ± 1
25
10
12 ± 2
Ueno et al. 2003 [73]
10
–
65 ± 1
14
–
67 ± 1
14
–
69 ± 4
Yataco et al. 1997 [79] b
14
–
69 ± 7
Sed
Act
Sed
Ath
Sed
Ath
Sed
Ath
Sed
Ath
Sed
Ath
Sed
Ath
Sed
Ath
Sed
Ath
Sed
Ath
–
–
44 ±
64 ±
35 ±
53 ±
22 ±
40 ±
–
–
35 ±
67 ±
42 ±
62 ±
–
–
–
–
24 ±
41 ±
Études rapportant une différence significative de la variabilité à court terme
Furlan et al. 1993 [21]
29
–
16 ± 0
15
–
16 ± 1
Goldsmith et al. 1997 [24]
12
–
31
16
–
30
Goldsmith et al. 1997 [24]
12
–
31
9
–
29
Melo et al. 2005 [46]
9
–
23 ± 2
16
–
22 ± 2
Melo et al. 2005 [46]
8
–
63 ± 2
8
–
61 ± 1
Sed
Ath des
Sed
Ath
Sed
Act
Sed
Ath
Sed
Ath
–
–
34
46
34
42
–
–
–
–
Études ne rapportant aucune différence significative de la variabilité
Buchheit et al. 2004 [9]
12
–
9
–
Furlan et al. 1993 [21]
29
–
21
–
Janssen et al.1993 [31]
11
–
18
–
Macor et al. 1996 [40]
10
–
10
–
Middleton et al. 2005 [47]
9
9
9
9
Sed
Ath
Sed
Ath
Sed
Ath
Sed
Ath
Sed
Ath
–
–
–
–
–
46 ± 12
61 ± 4
–
60 ± 6
a
b
Nombre de
femmes
Âge (ans)
25
25
16 ± 0
16 ± 1
19–32
23–33
25 ± 5
27 ± 7
21 ± 1
22 ± 3
2
2
1
5
2
2
5
4
6
4
2
6
TP ou SDNN
(ms2 ou ms)
HF ou rMSSD
(ms2 ou ms)
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,005
p < 0,001
p < 0,05a
–
p < 0,05a
p < 0,05
p < 0,05a
-
p < 0,01
p < 0,01
–
p < 0,05
–
p < 0,05
–
p < 0,05
–
p < 0,05
–
p < 0,05
NS
–
–
NS
NS
–
NS
NS
NS
NS
Utilisation de SDNN et rMSSD pour apprécier la variabilité totale et à très court terme de la Fc respectivement.
Enregistrement de 24 heures.
59 hommes (58 ± 3 ans). Ces résultats peuvent être expliqués
par une intensité d’entraînement peu élevée (40–60 % de
V̇ O2 max ). Néanmoins, même une intensité plus élevée lors
d’entraînements aussi longs n’induit pas les adaptations attendues [27,30]. En effet, Iwasaki et al. [30] ou encore Hautala
et al. [27] n’observent pas de modification significative des
paramètres de la VFC après des entraînements de 48 semaines
à des intensités de 70 à 80 % de Fcmax. Toutefois, lors de ces
deux études, des mesures ont été réalisées pendant la période
d’entraînement et permettent de comprendre la chronologie
des adaptations induites au niveau de la régulation autonome
de la Fc. Effectivement, Hautala et al. [27] rapportent, après
huit semaines d’entraînement des augmentations significatives
(p < 0,05) de BF et de HF associées à une diminution du ratio
BF : HF lors d’un enregistrement de jour qui ne se retrouvent
plus après 48 semaines d’entraînement. De la même manière,
Iwasaki et al. [30] rapportent une augmentation transitoire
significative de SDNN (p < 0,05) lors des 12e et 16e semaines
sur une période d’entraînement de 48 semaines.
Ces résultats laissent supposer que les adaptations induites
par l’entraînement au niveau de la régulation autonome de la
Fc sont transitoires et retournent à des valeurs basales lorsque
l’entraînement se prolonge. La saturation de la puissance spectrale en HF dans le cas d’une activité parasympathique élevée
132
F.-X. Gamelin et al. / Science & Sports 24 (2009) 128–136
Tableau 2
Effet de l’entraînement sur la consommation maximale d’oxygène (V̇ O2 max ), la puissance spectrale totale (PST) et la puissance en hautes fréquences chez des sujets
préalablement sédentaires lors d’enregistrement de jour.
Période
(semaine)
V̇ O2 max
(ml/min/kg)
PST/SDNN
(ms2 ou ms)
HF (ms2 )
1
1
2
6
6
3
1
3
0
3
3
5
10
10
12
12
12
12
8
2
8
24
13
6
12
8
8
9
–
–
p < 0,01
p < 0,05
–
p < 0,01
p < 0,001
p < 0,005
p < 0,01
p < 0,05
NS
p < 0,01
NS
NS
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05a
p < 0,01
p < 0,01
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,01
p < 0,05
p < 0,05a
p < 0,05
p < 0,01a
p < 0,05a
p < 0,05
NS
NS
NS
p < 0,001
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
NS
p < 0,05
p < 0,001
p < 0,001
Études rapportant une différence significative de la variabilité à court terme
Carter et al. 2003 [10]
6
–
42 ± 2
Hautala et al. 2004 [27]
6
–
39 ± 10
Melanson et al. 2001 [45]
11
–
36 ± 2
12
8
16
–
p < 0,001
p < 0,05
NS
NSa
NSa
p < 0,05
p < 0,001
p < 0,05
Études ne rapportant aucune différence significative de la variabilité
Boutcher et Stein 1995 [7]
19
–
Carter et al. 2003 [10]
6
6
Catai et al. 2002 [12]
10
–
Catai et al. 2002 [12]
7
–
Guilli et al. 2003 [26]
11
11
Hautala et al. 2004 [27]
18
–
Iwasaki et al. 2003 [30]
11
5
Leicht et al. 2003 [36]
12
7
Leicht et al. 2003 [36]
12
5
26
–
Loimaala et al. 2000 [39] b
Loimaala et al. 2000 [39] b
28
–
Nagai et al. 2004 [53]
100
44
Okazaki et al. 2005 [54]
10
4
Perini et al. 2002 [57]
8
–
Perini et al. 2002 [57]
10
10
11
–
Pichot et al. 2005 [60] b
27
13
Schuit et al. 1999 [63] b
16
9
Stein et al. 1999 [68] b
Uusitalo et al. 2002 [74]
59
–
8
12
12
12
20
48
48
16
16
20
20
48
48
8
8
14
24
48
48
p < 0,05
–
p < 0,05
NS
NI
NS
p < 0,05
p < 0,001
p < 0,001
NS
NS
–
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,05
p < 0,01
NS
p < 0,01
NS
–
NS
–
–
–
NSa
NSa
NS
NS
NSa
NSa
NS
NSa
NS
NS
NS
–
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
NS
Nombre total
de sujets
Nombre de
femmes
Études rapportant une différence significative de la variabilité totale
Carter et al. 2003 [10]
6
–
Carter et al. 2003 [10]
6
6
Gamelin et al. 2007 [22]
10
–
Iwasaki et al. 2003 [30]
11
5
49
49
Jurac et al. 2004 [32] b
Lee et al. 2003 [35]
12
–
Leicht et al. 2003 [37]
13
6
Madden et al. 2006 [41]
15
15
Mandigout et al. 2002 [44]
12
6
Mourot et al. 2004 [50]
8
–
Okazaki et al. 2005 [54]
10
4
Pichot et al. 2002 [58]
6
–
19
–
Tulppo et al. 2003 [72] b
16
–
Tulppo et al. 2003 [72] b
a
b
Age (année)
19
20
22
29
57
23
20
70
10
23
71
33
35
35
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
46 ±
42 ±
21
52
64 ±
39 ±
29 ±
20 ±
34 ±
46 ±
47 ±
9±
71 ±
75 ±
73 ±
73 ±
65 ±
66 ±
57 ±
1
2
4
10
6
1
1
6
6
1
3
4
3
4
5
4
3
Utilisation de SDNN pour apprécier la variabilité totale de la Fc.
Enregistrement de 24 heures.
pourrait expliquer ces réponses de la VFC à l’entraînement
prolongé. Tel que suggéré par le modèle en U inversé de Goldberger [23], au-delà d’un certain niveau d’adaptation, la VFC
et plus particulièrement la puissance spectrale en HF ne sont
plus sensibles aux améliorations du contrôle parasympathique
du myocarde, et ne reflètent plus les adaptations induites par
l’entraînement [33].
3.2.2. Effet de la charge d’entraînement (durée et intensité
de l’entraînement)
Si la durée du programme d’entraînement joue un rôle
conséquent dans les adaptations induites par l’entraînement,
l’effet de la charge d’entraînement reste à vérifier. La majorité
des études à avoir mis en évidence un effet de l’entraînement
en endurance sur la régulation autonome de la Fc ont
utilisé des intensités comprises entre 70 et 95 % de Fcmax
[10,30,36,50,58,72]. Cependant, peu d’études ont étudié l’effet
de l’intensité et de la durée sur les adaptations de la régulation
autonome.
Seuls, Loimaala et al. [39] ont comparé l’effet de l’intensité
de la séance sur la VFC lors de 20 semaines d’entraînement. Un
premier groupe (n = 28) s’entraînait à une Fc correspondant à
55 % de V̇ O2 max , quatre à six fois par semaine, pendant plus
de 30 minutes. L’entraînement du second groupe était identique
mais avec une intensité correspondant à 75 % de V̇ O2 max . Malheureusement, l’influence de l’intensité n’a pu être vérifiée dans
cette étude par manque d’effet significatif sur la VFC dû probablement à des intensités d’exercices trop faibles. D’ailleurs, au
regard des études rapportant un effet bénéfique de l’entraînement
sur la VFC, il semble que les intensités comprises entre 70 et
F.-X. Gamelin et al. / Science & Sports 24 (2009) 128–136
95 % de la Fcmax ou de V̇ O2 max [10,54,58,72] soit les plus
adaptées. Il pourrait donc exister un seuil au niveau de l’intensité
de l’entraînement en deçà duquel les adaptations nerveuses autonomes cardiotropes bénéfiques sont minimisées.
Concernant le volume, Tulppo et al. [72] ont comparé l’effet
de la durée de la séance lors d’un entraînement de huit semaines
à une intensité correspondant à 70–80 % de la Fcmax. Ils ont
proposé des séances de 30 minutes à un premier groupe et des
séances de 60 minutes à un second groupe. Après l’entraînement,
ils rapportent une augmentation significative de SDNN, BF et HF
dans les deux groupes (p < 0,05) sans pour autant observer d’effet
groupe. Ils en concluent qu’un entraînement avec un volume
modéré est aussi efficace qu’un entraînement avec un volume
élevé pour induire une augmentation de l’activité vagale.
Au-delà d’une certaine intensité et d’une certaine durée, les
adaptions induites par l’entraînement au niveau du SNA à destinée cardiaque semblent être identiques. Toutefois, les études
concernant le dépassement et le surentraînement [5,6,28,29,75]
suggèrent de nuancer ce constat. En effet, Baumert et al. [5]
observent une diminution significative de la PST et des paramètres associés à l’activité parasympathique (p < 0,05) après
un entraînement intensif de deux semaines chez dix athlètes.
La charge d’entraînement influence donc bien la VFC, notamment par un changement de la balance sympathovagale vers
une prédominance sympathique lorsque cette charge est trop
conséquente [5].
Ainsi, l’entraînement aérobie provoque une augmentation de
la VFC par un accroissement de la prédominance du tonus parasympathique. Il semble cependant que l’intensité et la période
d’entraînement jouent des rôles importants dans ces adaptations
autonomes. Une intensité en deçà d’un seuil, qui reste encore
à définir, ne permet pas d’induire des adaptations au niveau de
la régulation autonome de la Fc. Des périodes de six à huit
semaines paraissent les durées minimales d’application du stimulus pour observer des adaptations favorables. Néanmoins, un
entraînement à long terme ne semble pas apporter de bénéfices
additionnels au niveau des valeurs de VFC.
4. Effet de l’entraînement sur la VFC en fonction de
l’âge et du sexe
Nous avons vu précédemment que le sexe et l’âge étaient des
facteurs déterminants de la VFC. Comme pour d’autres variables
physiologiques, les adaptations induites par l’entraînement au
niveau de la régulation autonome au repos peuvent être influencées par ces facteurs.
4.1. Effet de l’âge
Il est admis que les paramètres de la VFC diminuent avec
l’âge [2]. Malheureusement, la majorité des études se sont portées sur des populations adultes et ne permettent pas de mettre en
évidence les changements lors de l’enfance et de l’adolescence.
Il semble pourtant que les paramètres de la VFC augmentent
avec l’âge pour atteindre un pic à la fin de la période prépubère
et au début de l’adolescence [64].
133
Chez l’enfant, l’effet bénéfique de l’entraînement aérobie
sur la VFC a rarement été mis en évidence. En effet, seul
Mandigout et al. [44] ont observé une augmentation de la VFC
chez des enfants prépubères (n = 12 ; âge : 125 ± 4 mois). Après
un entraînement de 13 semaines à raison de trois séances de
60 minutes à une intensité supérieure à 80 % de la Fcmax,
les paramètres SDNN, BF, HF et la PST ont significativement
augmenté par rapport aux valeurs de base (p < 0,05). Ces résultats concordent avec l’étude transversale de Triposkiadis et al.
[71] où ils observent une SDNN et une puissance spectrale
en HF significativement plus élevées chez des enfants nageurs
nationaux et internationaux comparativement à des enfants prépubères (log SDNN : 1,89 ± 0,14 ms contre 1,80 ± 0,17 ms et
log HF : 3,13 ± 0,32 ms2 contre 2,95 ± 0,26 ms2 ; p < 0,05). À
l’opposé, Vinet et al. [76] n’ont observé aucune différence significative dans le domaine temporel comme dans le domaine
fréquentiel entre des jeunes nageurs prépubères très entraînés
et des garçons sédentaires tous âgés de 11 et 12 ans. De la
même façon, Nagai et al. [52] ont étudié l’effet de 48 semaines
d’entraînement chez 200 enfants prépubères. Ils observent des
changements favorables dans les paramètres de la VFC seulement pour les enfants avec des valeurs de VFC préalablement
basses.
Ainsi, les études existantes semblent montrer que la fonction
nerveuse autonome à destinée cardiaque est moins adaptable à
l’entraînement chez l’enfant comparativement à l’adulte. Toutefois, de plus amples études sont donc nécessaires pour observer
l’effet du niveau de maturation sur les adaptations nerveuses
autonomes induites par l’entraînement.
Après l’adolescence, les paramètres absolus de la VFC
suivent une diminution non linéaire associée à l’augmentation
de l’âge [2]. La diminution est plus abrupte lors des quatre
premières décennies alors qu’elle ne devient plus significative
après 40 ans [2]. Cette diminution de variabilité associée à l’âge
peut être expliquée en partie par une altération de la modulation autonome sur l’activité du nœud sinusal [69]. L’activité
physique notamment l’entraînement aérobie constitue un bon
moyen pour lutter contre l’altération de la fonction autonome à
destinée cardiaque induite par le vieillissement.
La littérature concernant les effets de l’entraînement sur la
régulation autonome de la Fc est plus abondante chez la personne
âgée. En effet, dans cette population, la VFC est déprimée ce
qui laisse signifier que ces personnes sont exposées à un risque
supérieur face aux maladies cardiovasculaires notamment.
La majorité des études comparatives a montré des différences
significatives au niveau de la VFC entre des athlètes âgés de 60 à
70 ans et des sédentaires du même âge aussi bien chez la femme
[15] que chez l’homme [46,73,79]. Il en ressort qu’au repos,
la prédominance parasympathique est plus élevée chez l’athlète
âgé.
Toutefois, si les études transversales montrent une différence
significative, peu d’études longitudinales ont réussi à confirmer
un effet de l’entraînement aérobie chez le sujet âgé.
Pourtant, l’étude de Jurca et al. [32] rapporte une augmentation significative (p < 0,05) de la VFC dans le domaine temporel
comme fréquentiel après huit semaines d’entraînement modéré
chez des femmes ménopausées (57 ± 6 ans).
134
F.-X. Gamelin et al. / Science & Sports 24 (2009) 128–136
À l’opposé de nombreuses études comportant des sujets
de plus de 60 ans n’ont pas pu confirmer ces résultats
[26,54,57,60,68]. La soixantaine paraît une période critique
au-delà de laquelle l’entraînement semble avoir un effet minime
sur la régulation autonome de la Fc au repos. Toutefois, il
semble possible de lutter contre le déclin de la VFC lié à l’âge
en commençant un entraînement aérobie avant cette période
critique [73].
4.2. Effet du sexe
Il a été montré que la régulation autonome de la Fc différait
entre les femmes et les hommes de même âge jusqu’à la ménopause [61]. Il est donc possible que l’entraînabilité diffère en
fonction du sexe.
Comme chez les hommes, les études comparatives soulignent
une différence significative entre les athlètes féminines et les
femmes sédentaires que ce soit à 20 ou à 60 ans [15]. Toutefois, Middleton et al. [47] reportent chez des jeunes athlètes
entraînées (n = 9 ; âge : 22,4 ± 3 ans) un ratio BF : HF et des
BF u.n. significativement supérieur aux jeunes femmes sédentaires (n = 9 ; âge : 21 ± 1 ans ; 0,83 ± 0,3 contre 0,47 ± 0,47 ;
44,2 ± 9,5 contre 29,5 ± 6,8 ; p < 0,01, respectivement pour les
deux mesures). Ce résultat peut être expliqué par l’état de fatigue
subi par les athlètes. Ce dernier peut induire une augmentation
de l’activité sympathique et décaler la balance sympathovagale
[21] vers une prédominance sympathique.
Concernant les études longitudinales, Carter et al. [10] ont
montré, chez des jeunes femmes (19–20 ans), une augmentation
significative de SDNN (76 ± 21 ms ; 95 ± 14 ms respectivement
avant et après entraînement ; p < 0,05) et de la puissance spectrale
en HF (418 ± 304 ms2 ; 1164 ± 401 ms2 respectivement avant
et après entraînement ; p < 0,05). À l’opposé, les études portant sur les femmes d’un âge avancé ne reportent pas d’effet de
l’entraînement sur le tonus parasympathique [26,57] exceptée
l’étude de Jurca et al. [32] décrite précédemment.
Ainsi, même des études additionnelles sont nécessaires pour
vérifier l’entraînabilité de la VFC chez la femme, il semble
qu’elles répondent à l’entraînement de la même façon que les
hommes.
L’entraînabilité de la régulation autonome de la Fc varie en
fonction de l’âge mais apparemment pas du sexe. Pour ce qui
concerne la période de l’enfance, le manque d’études ne permet
pas de conclure sur les effets de l’entraînement sur le SNA à
destinée cardiaque. C’est donc à l’âge adulte qu’il est le plus
facile d’induire des adaptations. Toutefois, à partir de 60 ans,
il semble que l’entraînement ait peu d’impact sur le SNA, sauf
s’il est conduit depuis plusieurs années comme le soulignent
certaines études transversales [73].
5. Conclusion
Cette revue de la littérature avait pour objet de faire un
état des lieux des études qui se sont intéressées aux effets de
l’entraînement sur le contrôle autonome du système cardiovasculaire mesuré par la VFC au repos.
Il en ressort que l’entraînement aérobie augmente l’activité
nerveuse autonome sur le myocarde, en particulier par une
majoration du tonus parasympathique.
L’amplitude de cet effet est influencé par l’âge [46], le sexe
[61] et les caractéristiques de l’entraînement [3].
Si l’âge et le sexe sont des facteurs qui ont fait l’objet de
plusieurs études [46], la quantité minimale d’exercices permettant d’obtenir significativement ces adaptations nerveuses
autonomes reste encore à définir. Néanmoins à la vue des différentes études, il semble que l’intensité et la période minimale
pour induire des modifications de l’activité nerveuse autonome soient de l’ordre de 80 % du V̇ O2 max et supérieur à
huit semaines. Pour répondre précisément à cette question, il
devient nécessaire de comprendre les mécanismes sous-jacent à
l’augmentation du contrôle de la fonction cardiaque par le SNA.
L’amélioration de la circulation sanguine au niveau des structures du SNA est une hypothèse avancée par certains auteurs
[39] pour expliquer ce phénomène, mais celle-ci reste à vérifier.
Toutefois, même si les effets de l’entraînement sur l’activité
nerveuse autonome restent mal compris, les outils permettant
d’apprécier cette activité, tel que les mesures de la VFC restent intéressantes pour le domaine clinique par leur accessibilité
et leur capacité pronostique face à la mortalité par maladies
cardiovasculaires.
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