Les zones de fréquence cardiaque de réserve correspondent-elles aux vrais seuils métaboliques ?

Les formules basées sur la fréquence cardiaque de réserve (FCR), calculées via la méthode de Karvonen, fournissent une estimation globale utile à l'échelle d'une population, mais elles échouent souvent à coïncider précisément avec les seuils ventilatoires et lactiques individuels [2, 17]. Si les moyennes de groupe révèlent des tendances prévisibles, les fréquences cardiaques correspondant aux seuils varient considérablement selon le niveau d'entraînement, le sexe et l'état de santé [8, 11, 19]. Se fier aveuglément à des pourcentages fixes de FCR conduit fréquemment les athlètes et les populations cliniques à s'entraîner dans des domaines métaboliques plus élevés ou plus bas que prévu [8, 14, 17].

Le modèle métabolique à trois domaines

La physiologie de l'exercice d'endurance divise l'intensité du travail en trois grands domaines métaboliques séparés par deux frontières physiologiques [19] :

1. Domaine modéré : Intensités situées sous le premier seuil ventilatoire (VT1) ou le premier seuil de lactate (LT1) [19]. Dans ce domaine, la lactatémie reste proche de ses valeurs de base (souvent définie par une hausse de moins de 0,5 mM par rapport au niveau de repos), et l'oxydation des lipides est élevée [5, 17].
2. Domaine lourd : Intensités situées entre le premier seuil métabolique (LT1/VT1) et le second seuil métabolique (LT2/VT2, puissance critique ou vitesse critique) [19]. Le lactate sanguin s'élève au-dessus du niveau de repos (couramment caractérisé par une augmentation $\ge$1,5 mM par rapport aux valeurs basales), mais se stabilise lors d'efforts continus, s'approchant de l'état d'équilibre maximal du lactate (MLSS) [3, 17].
3. Domaine sévère : Intensités comprises entre le second seuil métabolique et la consommation maximale d'oxygène ($\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$), caractérisées par une augmentation incontrôlable du lactate et une fatigue rapide [3, 19].

Les athlètes d'endurance de haut niveau consacrent généralement environ 80 % de leur volume d'entraînement au domaine modéré (Zone 2 et en dessous) afin d'optimiser le métabolisme des graisses, de développer l'efficacité mitochondriale et d'économiser le glycogène musculaire [5].

Valeurs moyennes de FCR vs variations individuelles

La formule de Karvonen calcule la fréquence cardiaque cible en ajoutant une fraction de la fréquence cardiaque de réserve à la fréquence cardiaque de repos : $\text{Target HR}={\text{HR}}_{\text{rest}}+\text{intensity fraction}\times ({\text{HR}}_{\text{max}}-{\text{HR}}_{\text{rest}})$ [2]. Prendre en compte la fréquence cardiaque de repos permet de refléter le tonus parasympathique de base, mais les zones prédéfinies en pourcentages s'écartent souvent des mesures physiologiques directes [2].

Lors d'essais contrôlés en cyclisme, les moyennes de groupe suggèrent une correspondance acceptable entre la FCR et les marqueurs métaboliques. Dans une cohorte de 33 cyclistes masculins entraînés en endurance ($\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$ moyen : 62,1 $\pm$ 4,6 ml·kg⁻¹·min⁻¹), les repères physiologiques correspondaient aux moyennes suivantes [3] :

• VT1 : 184 $\pm$ 36 W (66 $\pm$ 9 % de FCR) [3]
• MLSS (sous-groupe de $n=14$) : 256 $\pm$ 31 W [3]
• VT2 : 298 $\pm$ 36 W (88 $\pm$ 6 % de FCR) [3]
• $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$ : 390 $\pm$ 34 W (100 % de FCR) [3]

À partir de tests d'effort progressifs (paliers de 25 W·min⁻¹), cinq zones d'entraînement ont été définies : R0 (53–62 % de FCR), R1 (62–71 % de FCR), R2 (74–86 % de FCR), R3 (86–99 % de FCR) et R3+ (100 % de FCR) [3].

Cependant, de vastes méta-analyses montrent que la position des seuils individuels s'écarte considérablement de ces moyennes [17]. Dans une méta-analyse regroupant 25 études et 412 coureurs, les fréquences cardiaques individuelles aux seuils physiologiques couvraient des plages particulièrement larges [17] :

• Plage de LT1 : 65 % à 90 % de FCR (ou 69 % à 94 % de ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]
• Plage de LT2 : 73 % à 95 % de FCR (ou 80 % à 98 % de ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]

En raison de cette dispersion, prescrire une cible arbitraire comme 75 % de FCR peut placer un coureur largement sous LT1 dans le domaine modéré, tout en en poussant un autre bien au-delà de LT1 dans le domaine lourd [17, 19]. Pour avoir une certitude de 95 % de s'entraîner strictement sous LT1 sans passer de test en laboratoire, un athlète doit rester en dessous de 65 % de FCR (ou sous 70 % de ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17].

Causes d'écart entre formules de FC et seuils métaboliques

Plusieurs facteurs expliquent pourquoi les modèles basés sur des formules de réserve de FC ne correspondent pas aux seuils mesurés en temps réel par analyse des gaz ou du lactate sanguin :

1. Inhérente erreur d'estimation de la ${\text{HR}}_{\text{max}}$

Les équations prédisant la fréquence cardiaque maximale selon l'âge comportent une marge d'erreur de $\pm$10 à 12 bpm [2]. Dès 1999, Meyer et ses collaborateurs ont observé que prescrire un exercice à un niveau fixe de 85 % de ${\text{HR}}_{\text{max}}$ entraînait des intensités individuelles réelles oscillant entre 87 % et 116 % du seuil anaérobie mesuré individuellement chez chaque athlète [2].

2. Condition aérobie et décalages non linéaires des seuils

La relation entre la capacité aérobie et l'emplacement des seuils n'est pas uniforme d'un niveau de condition physique à l'autre [11]. Dans une étude regroupant 863 participants, la consommation d'oxygène au seuil ventilatoire par rapport à la réserve de consommation d'oxygène (VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$) suivait une courbe en U [11]. Le point le plus bas se situait à environ 43 % de $\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ chez les individus avec un $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ proche de 40 ml·kg⁻¹·min⁻¹, tandis que la moyenne du VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ grimpait à environ 75 % chez les participants ayant les valeurs de $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ les plus basses et les plus élevées [11].

3. Différences liées au sexe

Les seuils cibles fixes ne se comportent pas de manière identique selon le sexe [19]. Dans une cohorte de 165 coureurs récréatifs, les femmes présentaient des fréquences cardiaques relatives, un $\dot{V}{\text{O}}_2$ et des vitesses de course significativement plus élevés à LT1 que les hommes ($p<0,001$), ce qui montre que des cibles cardiaques uniformes ne reflètent pas la même contrainte métabolique d'un sexe à l'autre [19].

4. Populations cliniques et incompétence chronotrope

L'écart entre les recommandations basées sur des FC cibles fixes et les seuils physiologiques est particulièrement marqué dans les populations cliniques [8, 14]. Dans une étude portant sur 350 personnes, les plages d'intensité standard issues des directives ont mal classé VT1 en haute intensité au lieu d'intensité modérée chez 67,1 % (anciennes recommandations) et 79,6 % (recommandations ESC 2020) des patients cardiaques, alors que la concordance atteignait 90 % chez les individus sains sédentaires et 93,9 % chez les athlètes de compétition [8].

De même, chez 18 patients atteints d'insuffisance cardiaque chronique, les fréquences cardiaques cibles calculées entre 40 et 70 % de FCR étaient nettement supérieures aux seuils mesurés, risquant d'imposer un effort lourd ou sévère au-delà du seuil ventilatoire ou du point de compensation respiratoire [14]. La ${\text{HR}}_{\text{max}}$ mesurée chez ces patients était 12 % plus basse que les valeurs théoriques prédites par l'âge, même après application des corrections habituelles pour la prise de bêtabloquants [14].

Alternatives pratiques et repères

En l'absence de mesure directe sur chariot métabolique (pour mesurer VT1/VT2) ou d'analyse du lactate sanguin, plusieurs alternatives permettent de se caler sur les transitions physiologiques réelles :

• Perception de l'effort (RPE) : Quel que soit le niveau de forme, des profils peu entraînés aux athlètes d'élite, VT survient régulièrement autour d'un score RPE de Borg moyen de 12,5 $\pm$ 0,93, malgré de grands écarts de puissance ou de vitesse absolue [11].
• Variabilité de la fréquence cardiaque (VRC) : L'analyse non linéaire de la VRC par analyse des fluctuations sans tendance (DFA $\alpha 1$) suit l'évolution des propriétés de corrélation fractale, qui diminuent d'environ 1,5 à basse intensité jusqu'à 0,75 autour de VT1/LT1 [22, 23]. Chez des triathlètes de haut niveau et des coureurs masculins, le seuil DFA $\alpha 1=0,75$ a montré une concordance étroite avec LT1 et VT1, avec des écarts moyens de seulement 1,7 à 2,0 bpm [22, 23].
• Repères de performance : Chez les coureurs récréatifs, les estimations basées sur la vitesse présentent des marges d'erreur plus faibles pour identifier LT1 et LT2 que la seule fréquence cardiaque ou le RPE, bien que l'estimation de la vitesse maximale (au lieu d'une mesure directe) augmente l'erreur sur les seuils [19].