The effects of cadence and power output upon physiological and biomechanical responses to incremental arm-crank ergometry

The aim of this study was to examine the effects of cadence and power output on physiological and biomechanical responses to incremental arm-crank ergometry (ACE). Ten male subjects (mean± SD age, 30.4±5.4y; height, 1.78±0.07m; mass, 86.1±14.2kg) undertook 3 incremental ACE protocols to determine peak oxygen uptake (VO_2peak; mean of 3 tests: 3.07± 0.17 L·min^–1) at randomly assigned cadences of 50, 70, or 90 r·min^–1. Heart rate and expired air were continually monitored. Central (RPE-C) and local (RPE-L) ratings of perceived exertion were recorded at volitional exhaustion. Joint angles and trunk rotation were analysed during each exercise stage. During submaximal power outputs of 50, 70, and 90 W, oxygen consumption (VO₂) was lowest for 50r·min^–1 and highest for 90r·min^–1 (p<0.01). VO_2peak was lowest during 50r·min^–1 (2.79±0.45 L·min^–1; p<0.05) when compared with both 70r·min^–1 and 90r·min^–1 (3.16±0.58, 3.24±0.49 L·min^–1, respectively; p>0.05). The difference between RPE-L and RPE-C at volitional exhaustion was greatest during 50r·min^–1 (2.9± 1.6) when compared with 90r·min^–1 (0.9± 1.9, p<0.05). At VO_2peak, shoulder range of motion (ROM) and trunk rotation were greater for 50 and 70r·min^–1 when compared with 90r·min^–1 (p<0.05). During submaximal power outputs, shoulder angle and trunk rotation were greatest at 50r·min^–1 when compared with 90r·min^–1 (p<0.05). VO₂ was inversely related to both trunk rotation and shoulder ROM during submaximal power outputs. The results of this study suggest that the greater forces required at lower cadences to produce a given power output resulted in greater joint angles and range of shoulder and trunk movement. Greater isometric contractions for torso stabilization and increased cost of breathing possibly from respiratory–locomotor coupling may have contributed increased oxygen consumption at higher cadences.

Le but de cette étude est d’analyser les effets de la cadence de pédalage et de la puissance produite sur les ajustements physiologiques et biomécaniques à une séance d’effort progressif sur un exerciseur ergométrique pour bras (ACE). Dix sujets masculins (moyenne+ écart-type, âge 30,4± 5,4 ans, stature 1,78± 0,07m et masse corporelle 86,1± 14,2kg) participent aux 3 séances d’effort progressif sur ACE pour l’évaluation de la consommation d’oxygène de pointe (VO_2peak); moyenne des 3 séances : 3,07± 0,17 L·min^–1) selon des cadences déterminées aléatoirement : 50, 70 et 90r·min^–1. Les valeurs de la fréquence cardiaque et les résultats de l’analyse des gaz expirés sont monitorés. La perception de l’intensité de l’effort centrale (RPE-C) et périphérique (RPE-L) est évaluée à la fin de l’effort mené volontairement jusqu'à épuisement. Les angles articulaires et le degré de rotation du tronc sont mesurés à chaque palier de l’effort progressif. Aux paliers sous-maximaux de 50, 70 et 90 W, on observe la plus faible consommation d’oxygène (VO₂) à la cadence de 50r·min^–1 et la plus forte, à la cadence de 90r·min^–1 (p< 0,01). Le VO_2peak est significativement plus faible à la cadence de 50r·min^–1 (2,79± 0,45 L·min^–1; p< 0,05) comparativement aux deux autres cadences (70r·min^–1 : 3,16± 0,58 et 90r·min^–1 : 3,24± 0,49 L·min^–1; p> 0,05). La différence entre RPE-L et RPE-C au point d’épuisement est significativement plus grande (p< 0,05) à la cadence de 50r·min^–1 (2,9± 1,6) qu’à la cadence de 90r·min^–1 (0,9± 1,9). Au palier supérieur (VO_2peak), on observe une plus grande amplitude de mouvement de l’épaule et de rotation du tronc aux cadences de 50r·min^–1 et 70r·min^–1 comparativement à la cadence de 90r·min^–1 (p< 0,05). Aux paliers sous-maximaux, on observe une plus grande amplitude de mouvement de l’épaule et une plus grande rotation du tronc à la cadence de 50r·min^–1 comparativement à la cadence de 90r·min^–1 (p< 0,05) ; de plus, la consommation d’oxygène est inversement reliée à l’amplitude de mouvement de l’épaule et du tronc. D’après ces observations, les plus grandes forces déployées à plus faible cadence pour développer une puissance sous-maximale donnée entraînent de plus grandes amplitudes de mouvement de l’épaule et du tronc. La plus forte consommation d’oxygène observée à plus haute cadence est probablement due aux actions musculaires isométriques commandées pour la stabilisation du tronc et à l’augmentation du coût énergétique de la respiration causée par l’action combinée des muscles locomoteurs et des muscles de la respiration.