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Comment calculer le VO₂ et le VCO₂ à partir des données respiratoires

Le VO₂ décrit l’oxygène utilisé par l’organisme, tandis que le VCO₂ décrit le dioxyde de carbone produit. Ce guide explique les mesures, les équations et les vérifications nécessaires pour calculer ces deux valeurs.

Que signifient VO₂ et VCO₂ ?

Le VO₂ correspond au volume d’oxygène absorbé par l’organisme au fil du temps. Le VCO₂ correspond au volume de dioxyde de carbone rejeté pendant la même période. Ces valeurs sont généralement exprimées en litres par minute ou en millilitres par minute.

Il n’est pas possible de calculer ces valeurs avec précision à partir d’un simple journal alimentaire. Elles sont généralement obtenues en mesurant la quantité d’air respiré ainsi que les proportions d’oxygène et de dioxyde de carbone qu’il contient. Cette méthode s’appelle la calorimétrie indirecte, car la dépense énergétique est déduite des échanges gazeux.

VO₂ : oxygène utilisé par minute
VCO₂ : dioxyde de carbone produit par minute
VI : volume d’air inspiré par minute
VE : volume d’air expiré par minute
F : fraction d’un gaz donné dans l’air

Mesures nécessaires au calcul

Le calcul nécessite de mesurer le débit d’air inspiré et expiré, ainsi que les fractions d’oxygène et de dioxyde de carbone dans chaque cas. Une fraction gazeuse s’exprime sous forme décimale : toute valeur exprimée en pourcentage doit donc être divisée par 100 avant d’être utilisée dans une équation. Tous les débits d’air doivent correspondre à la même durée.

Le volume des gaz varie en fonction de la température, de la pression et de la vapeur d’eau. Les volumes inspiré et expiré doivent donc être exprimés dans les mêmes conditions de référence avant d’être comparés. En pratique, les systèmes de mesure correctement configurés effectuent généralement ces corrections lors du traitement des données.

VI et VE en litres par minute
Fraction d’oxygène inspiré, notée FIO₂
Fraction d’oxygène expiré, notée FEO₂
Fraction de dioxyde de carbone inspiré, notée FICO₂
Fraction de dioxyde de carbone expiré, notée FECO₂

Calculer le débit d’air inspiré

De nombreux systèmes en circuit ouvert mesurent directement le débit d’air expiré, mais pas le débit inspiré de la même manière. On peut alors estimer le volume inspiré en supposant que la quantité d’azote qui entre dans l’organisme est identique à celle qui en sort. Cette méthode est appelée transformation de Haldane.

Commencez par calculer la fraction d’azote en soustrayant les fractions d’oxygène et de dioxyde de carbone de 1. Le volume inspiré se calcule ensuite ainsi : VI = VE × (1 − FEO₂ − FECO₂) ÷ (1 − FIO₂ − FICO₂). Exprimez chaque fraction gazeuse sous forme décimale et n’arrondissez pas les valeurs intermédiaires.

Calculer la fraction d’azote expiré : 1 − FEO₂ − FECO₂
Calculer la fraction d’azote inspiré : 1 − FIO₂ − FICO₂
Diviser la fraction expirée par la fraction inspirée
Multiplier le résultat par VE pour obtenir VI

Calculer le VO₂ et le VCO₂

Une fois VI et VE obtenus dans les mêmes conditions, la consommation d’oxygène se calcule ainsi : VO₂ = (VI × FIO₂) − (VE × FEO₂). La production de dioxyde de carbone se calcule ainsi : VCO₂ = (VE × FECO₂) − (VI × FICO₂). Si le débit d’air est indiqué en litres par minute, les deux résultats seront également exprimés en litres par minute.

La quantité de dioxyde de carbone inspiré est parfois très faible, mais ne la supprimez pas, sauf si la méthode de calcul la considère explicitement comme négligeable. Conserver la valeur mesurée permet de garder une équation cohérente. Utilisez les fractions gazeuses sans les arrondir et arrondissez uniquement le résultat final à un nombre raisonnable de décimales.

Calculer VI s’il n’a pas été mesuré directement
Multiplier chaque débit d’air par la fraction gazeuse correspondante
Soustraire l’oxygène expiré de l’oxygène inspiré pour obtenir le VO₂
Soustraire le dioxyde de carbone inspiré du dioxyde de carbone expiré pour obtenir le VCO₂
Vérifier que les deux résultats utilisent la même unité et la même durée

Convertir et comparer les résultats

Pour convertir une valeur en litres par minute en millilitres par minute, multipliez-la par 1 000. Pour exprimer le VO₂ par rapport à la masse corporelle, multipliez les litres par minute par 1 000, puis divisez le résultat par la masse corporelle en kilogrammes. Le résultat s’exprime en millilitres par kilogramme et par minute.

Les valeurs relatives peuvent aider à comparer des mesures prises chez des personnes de gabarits différents, mais le calcul n’explique pas toutes les différences entre les résultats. L’intensité des mouvements, le rythme respiratoire, la prise alimentaire récente et la stabilité de la mesure peuvent tous influer sur le chiffre. Ne comparez les mesures que si les conditions sont relativement similaires.

L/min en ml/min : multiplier par 1 000
VO₂ relatif : VO₂ en L/min × 1 000 ÷ masse corporelle en kg
Indiquer si la mesure a été prise au repos ou pendant une activité
Utiliser la même unité pour comparer les séances

Utiliser le VCO₂ en complément du suivi alimentaire

Diviser le VCO₂ par le VO₂ donne le quotient d’échange respiratoire, souvent abrégé en RER. Ce rapport reflète le mélange de glucides et de lipides utilisé à ce moment-là, mais ne donne pas une mesure directe des aliments consommés récemment. Un effort intense, une intensité variable et une respiration irrégulière peuvent rendre une mesure de courte durée plus difficile à interpréter.

Le suivi alimentaire recense l’énergie et les nutriments consommés, tandis que le VO₂ et le VCO₂ décrivent les échanges gazeux pendant la période de mesure. Les protéines et les glucides apportent environ 4 kcal par gramme, contre environ 9 kcal par gramme pour les lipides, mais ces facteurs théoriques ne permettent pas de reconstituer un résultat précis d’échanges gazeux. Considérez le calcul respiratoire et le journal alimentaire comme des sources d’information complémentaires, et non comme des mesures interchangeables.

Calculer le RER ainsi : VCO₂ ÷ VO₂
Utiliser des valeurs mesurées sur la même période
Privilégier une mesure stable plutôt qu’une respiration inhabituelle isolée
Tenir compte des repas récents et de l’activité au moment d’interpréter le résultat