Les capteurs de mouvement : un moyen simple et objectif pour évaluer le niveau d’activité physique
Article de P. Terrier Y. Schutz

Un niveau élevé d’activité physique est bénéfique au maintien de la santé. Bien que la pratique régulière d’une activité sportive soit le moyen le plus reconnu pour diminuer sa sédentarité, un mode de vie plus actif pourrait également y contribuer. Vu leur hétérogénéité, il semble difficile d’évaluer la durée et l’intensité de toutes les activités physiques liées à la pratique d’une profession, aux tâches domestiques et aux loisirs. Dans ce contexte, les capteurs de mouvement – tels que le podomètre/accéléromètre – peuvent s’avérer très utiles, non seulement pour la recherche mais aussi pour la pratique clinique, en raison de leur fiabilité et de leur simplicité d’utilisation

L'activité physique (AP) est définie comme tout mouvement du corps produit par la contraction des muscles squelettiques. La plupart des activités impliquent à la fois des contractions statiques et dynamiques, aussi bien qu'un métabolisme aérobie et anaérobie. Les termes «exercice» et «activité physique» sont souvent utilisés de manière interchangeable. Il est cependant plus précis de dire que l'exercice constitue une sous-catégorie de l'AP : c'est une activité planifiée, structurée et répétitive dont le but est le maintien des capacités fonctionnelles cardio-respiratoires et musculaires.¹

Les effets bénéfiques de l'activité physique

Un niveau élevé d'AP contribue au maintien de la santé : des effets bénéfiques ont été démontrés lors de plusieurs études indépendantes, à savoir une réduction des risques de maladies cardiovasculaires, d'obésité et de diabète non insulino-dépendant,² d'ostéoporose, d'hypertension artérielle et d'accident cérébro-vasculaire.^3,4 Par ailleurs, l'AP pourrait contribuer à diminuer les risques de cancer du côlon, à mieux contrôler le stress et l'anxiété, à améliorer l'estime de soi et à assurer le maintien de la qualité de vie. Pour la santé publique, l'augmentation de l'AP d'une population peut constituer un outil de prévention, car l'inactivité physique est un facteur de risque modifiable.²

Aujourd'hui, on sait que les effets bénéfiques de l'AP peuvent être obtenus non seulement par une intensité d'exercice élevée, mais également grâce à un effort modéré, répété et prolongé. En effet, une modification du style de vie dans le sens d'une activité de locomotion plus importante et d'une diminution de la placidité est aussi importante comme facteur protecteur qu'une activité sportive intense mais ponctuelle, bien que les effets cardio-respiratoires soient différents. Chez les patients obèses, il est tout particulièrement approprié de privilégier une AP faible mais prolongée, car leurs fonctions cardiovasculaires limitées ne permettent pas une pratique sportive soutenue.⁵ Notons qu'une activité de faible intensité peut facilement se pratiquer de manière fractionnée : 30 minutes de marche continue, par exemple, sont essentiellement équivalentes à 3 x 10 minutes discontinues. Finalement, chez les non-sportifs, une activité de longue durée et d'intensité faible privilégie l'oxydation des lipides, alors qu'une activité sportive intense mobilise prioritairement les réserves de glycogène et épargne davantage les réserves de graisses endogènes.

Evaluation du niveau d'activité physique : méthodes subjectives

Il existe diverses méthodes pour évaluer le niveau d'AP. On peut les classer en méthodes soit subjectives (observation directe, journaux d'activité, questionnaires), soit objectives (podomètre, accéléromètre, cardiofréquencemètre). Le tableau 1 compare ces deux catégories et les techniques qui s'y rattachent.

La plupart des preuves concernant le rôle d'une AP réduite comme facteur de risque proviennent de grandes études épidémiologiques. Bien qu'elles démontrent les liens entre l'inactivité physique et la survenue de certaines maladies, les méthodes utilisées sont assez grossières.⁷ Le rôle de toute étude épidémiologique est de définir la force d'une association entre l'exposition (l'AP) et le bénéfice (diminution du risque), et de juger dans quelle mesure cette association statistique est causale et pas simplement fonction du hasard, d'un biais, ou d'un facteur confondant. Le choix de la méthode pour évaluer l'exposition est un équilibre délicat entre la faisabilité et la précision. Traditionnellement, les épidémiologistes ont eu tendance à mettre l'accent sur la faisabilité et l'aspect pratique, car ils mesurent des cohortes très importantes.

Une large palette de méthodes basées sur des questionnaires a été utilisée pour décrire l'AP. Les questionnaires diffèrent par la manière dont ils sont administrés, la population cible pour laquelle ils sont conçus, le laps de temps pour lequel l'AP est évaluée et le type d'AP qui est mesurée.⁸ La plupart des données épidémiologiques sérieuses qui relient l'AP à la morbidité ou la mortalité ont été dérivées d'observations prospectives, telles que des journaux d'activités, des questionnaires rétrospectifs, ou des rapports globaux auto-administrés.

Une des critiques majeures à l'encontre des questionnaires est qu'ils tendent à se concentrer sur certains aspects spécifiques des activités quotidiennes.^7,9 L'intérêt pour le sport et les activités récréatives est motivé plus par la facilité avec laquelle cette sous-catégorie d'AP peut être évaluée plutôt que par son importance. En effet, l'énergie totale dépensée peut être quantifiée en identifiant la durée de l'activité multipliée par la fréquence avec laquelle l'activité a été effectuée durant la période considérée. Cette tâche est relativement aisée, car les exercices volontaires ont été entrepris à dessein par le sujet, et il peut donc rapporter avec précision leur nature, durée et fréquence. Puisque la dépense énergétique pendant le sport ou les loisirs constitue seulement une fraction de la dépense journalière totale, il est peu probable que la participation auto-déclarée à un éventail limité d'activités peut estimer précisément la totalité de la dépense. Le sport étant une activité soutenue, il est même plus probable que la participation à ce type d'activité fournisse avant tout une indication de l'entraînement cardio-respiratoire.

En outre, dans un article clé, Levine et coll. ont mis en évidence le rôle du «Non-Exercise Activity Thermogenesis (NEAT)» :¹⁰ lorsque des individus sont suralimentés, le facteur principal expliquant une prise de poids faible n'est pas l'exercice volontaire (sport), mais les autres activités «spontanées» (activités sédentaires, marche non structurée).¹¹ L'importance des activités sédentaires de faible intensité, mais dont le nombre et la durée sont particulièrement variables entre individus, est largement sous-estimée par les questionnaires d'AP.

Evaluation du niveau d'activité physique : méthodes objectives

Plusieurs auteurs ont souligné que, pour estimer le niveau d'AP dans la population d'une manière fiable, il est essentiel d'avoir recours à des données objectives.^7,9,12 Dans ce cadre, les capteurs de mouvements (podomètre, accéléromètre) semblent promis à un bel avenir, en particulier puisque la technologie moderne les a rendus plus fiables.

Une des utilisations de l'accéléromètre est de tirer parti de la corrélation entre le niveau d'accélération et la dépense énergétique, ce qui a été plus particulièrement vérifié pour la marche. En effet, à l'aide d'un algorithme approprié prenant en compte certains paramètres anthropométriques, les accéléromètres commerciaux proposent de prédire la dépense d'énergie.^13,14 Plusieurs études ont utilisé cette propriété pour évaluer la dépense énergétique journalière totale. Toutefois, de nouvelles recherches tendent à démontrer que cette manière d'utiliser l'accéléromètre n'est pas nécessairement la plus appropriée.^12,15 Tout d'abord, l'accéléromètre s'avère très efficace pour mesurer indirectement la vitesse de marche à plat,¹³ car chaque cycle de marche produit une importante variation de vitesse dans la direction du déplacement et verticalement. Toutefois, avec un capteur unique placé près du centre de gravité (tronc) de nombreux problèmes subsistent : 1) d'autres sources de dépense énergétique non dynamique sont mal évaluées, comme le maintien de la posture, le travail statique (porter une charge) ; 2) les mouvements des membres supérieurs ne sont pas quantifiés ; 3) les accéléromètres sont incapables d'évaluer correctement la dépense énergétique induite par la marche en montée ou en descente¹⁶ et 4) comme nous l'avons démontré dans différentes études, l'intensité de signal accélérométrique brut et sa relation avec la vitesse de marche varient entre les individus,^16,17 ce qui nécessite des «calibrations» individuelles.¹⁵ En effet, l'adaptation des paramètres de marche (cadence, longueur du pas) aux changements de vitesse n'est pas constante parmi la population.¹⁸

En résumé, l'utilisation d'un algorithme prédictif universel de dépense, tel que ceux implémentés dans les accéléromètres commerciaux, n'est pas la panacée. En raison de l'hétérogénéité et de la diversité de tous les types d'AP, l'évaluation de la dépense énergétique, sur la base de l'accélérométrie, sera peu précise dans beaucoup de situations. Un autre capteur, de type mécanique, a souvent été utilisé pour l'estimation objective de l'AP : le podomètre. Récemment, l'utilisation du nombre de pas comme indicateur du niveau d'activité physique connaît un intérêt croissant.¹⁹ En effet, les activités de locomotion occupent une part significative de la vie de tous les jours. De plus, la demande énergétique de ces activités est élevée (3-4 MET) en comparaison des autres activités sédentaires. Il semble donc évident que, toutes choses étant égales par ailleurs, la dépense énergétique totale d'un individu qui marche souvent est plus élevée que chez un individu sédentaire.

Il faut comprendre que l'enregistrement du nombre de pas, et donc la quantification des activités de marche, peut être obtenue aussi bien par les accéléromètres que par les podomètres. Des études récentes ont mis en évidence les avantages et les inconvénients des deux technologies.²⁰ En bref, les podomètres présentent une réponse «tout ou rien» : au-dessus d'un niveau d'accélération prédéfini selon sa sensibilité (typiquement 0,35 g, où g est l'accélération terrestre de la pesanteur), un pas est enregistré. Le problème majeur de cette méthode est qu'elle est incapable d'enregistrer une marche lente au-dessous du niveau de sensibilité. D'autre part, l'accéléromètre peut mesurer de manière continue un large éventail d'accélération (typiquement jusqu'à 2 g). Le désavantage est qu'il existe une probabilité non négligeable qu'une autre activité déclenche la détection d'un pas (mauvaise spécificité). Il est cependant d'usage d'utiliser le terme «podomètre» à tous les appareils qui mesurent le nombre de pas journaliers. Il faut cependant bien faire attention aux caractéristiques de chaque appareil et connaître leur limitation.^21,22 Le tableau 2 résume les avantages et les inconvénients inhérents à la méthode podométrique.

A notre avis, une bonne connaissance des activités physiques journalières, en terme de type, d'intensité et de fréquence, pourrait être plus informative qu'une mauvaise estimation globale de la dépense énergétique totale, telle que celle fournie par les accéléromètres. Cependant, la description objective, exacte et complète de la nature et de l'intensité de chaque activité semble utopique à l'heure actuelle. L'utilisation d'indicateurs indirects objectifs (tels que le nombre de pas journaliers) ainsi qu'un travail d'interprétation approprié, sont donc indispensables.

Nombre de pas journaliers évalués par podomètres

Selon les études concernant l'AP mesurée par podométrie, le nombre de pas par jour varie substantiellement entre individus, à la différence de la vitesse de marche habituelle.¹⁵ Il paraît difficile de donner une valeur unique idéale, car celle-ci va beaucoup dépendre de l'activité professionnelle du sujet considéré. Dans une étude effectuée en Suisse romande²³ (n = 493) il y a dix ans, le nombre de pas moyen de l'homme jeune s'élevait à 11 900 pas/jour et à 9300 pas/jour chez la femme jeune. Cette valeur diminuait à 6700 chez l'homme âgé et à 7300 chez la femme âgée. Il est intéressant de noter que les hommes pratiquant un métier physiquement actif compensaient ceci par une activité plus faible le week-end. L'AP supérieure de l'homme par rapport à la femme a déjà été observée chez les adolescents en Suisse (11-15 ans, n = 233²⁴).

Récemment, Tudor-Locke et coll.²⁵ ont tenté de définir des catégories d'activité physique basées sur la mesure podométrique (tableau 3). La plus basse donne des valeurs à 5000 pas/jour (style de vie sédentaire) alors que la plus haute donne des valeurs à 12 500 ou plus (AP très importante). Ce genre de classification est par essence arbitraire. D'autres auteurs proposent des seuils différents, comme par exemple Oppert (communication personnelle) : sédentarité élevée : < 3000 pas/jour, activité faible : 3000-6000, activité moyenne : 6000-10 000, activité élevée : 10 000-12 000 et activité très élevée 12 000-15 000.

Un article récent²⁷ présentant une étude podométrique au sein d'une communauté religieuse américaine (Amish) a démontré que leur mode de vie basé sur le travail physique se traduisait par un nombre de pas journaliers très élevé (18 400 pas/jour chez les hommes). En parallèle, la prévalence de l'obésité est chez eux très basse. Ces résultats tendent à démontrer que le type, la durée et l'intensité des activités quotidiennes sont probablement un facteur clé de la régulation de l'équilibre énergétique.

Historiquement, le nombre de pas idéal suggéré par la plupart des spécialistes était de 10 000, nombre mémo-techniquement idéal. En fait, ce nombre «magique» viendrait tout droit du Japon. Il est basé sur une campagne de promotion visant à généraliser l'utilisation du podomètre. En utilisant cette valeur seuil, il est probable qu'une fraction substantielle de la population soit considérée comme inactive. En effet, aux Etats-Unis, une personne en bonne santé effectue en moyenne entre 5500 et 7500 pas par jour.

Pour atteindre 10 000 pas, les individus devraient effectuer 1 h 30 de marche journalière, alors que le «US Surgeon General» recommande, pour conserver un effet bénéfique, 30 minutes d'activité structurée par jour (marche). Ceci correspondrait, dans la mesure ou cette activité est effectuée sous forme de marche, à environ 3000 pas/jour. L'origine de la différence entre ces deux recommandations est précisément l'illustration de la prise en considération des activités sédentaires et non structurées par la méthode podométrique. La question clé est de savoir à partir de quelle ligne de base les 30 minutes d'activité structurée recommandées par l'«US Surgeon General» sont comptabilisées : par exemple, un individu très actif pendant son travail (ouvrier de chantier) ne devra pas nécessairement effectuer un surplus de 30 minutes d'activité, comparé à un individu beaucoup plus sédentaire (informaticien) qui devra en effectuer davantage (45-60 minutes). Notons que de nombreux épisodes de marche de courte durée (moins de 1 minute) sont effectués durant les activités liées à la profession, domestiques, ou lors des loisirs : il est cependant extrêmement difficile de s'en rappeler précisément à la fin de la journée, et ceux-ci échappent donc aux études basées sur des questionnaires.

Dans ce contexte, nous avons récemment effectué une étude sur les habitudes journalières de marche (en cours de publication). Nous avons trouvé que des individus jeunes en bonne santé (n = 29) passaient environ 19% de leur temps à marcher (sur une journée de 8 heures). Environ un tiers de cette activité de marche (6% du temps total) était non structurée, c'est-à-dire constituée de brefs épisodes de marche. Ces individus effectuaient en moyenne 151 ± 77 épisodes de marche de très courte durée (11 secondes en moyenne). Une grande variabilité entre individus a également été constatée, comme illustré sur la figure 1, qui représente le «pattern» d'activité dans un échantillon représentatif de huit sujets.

Evaluation qualitative de l'AP dans la pratique clinique

La mesure précise du niveau habituel de l'AP en clinique constitue une tâche presque insurmontable pour les raisons suivantes. Premièrement, la définition des activités journalières par le patient, sans recourir à un carnet d'activité, reste très empirique. Deuxièmement, le praticien ne dispose pas du temps suffisant pour une anamnèse d'activité physique précise.

Néanmoins, les différents types d'activités peuvent être classifiés en cinq catégories d'intensité jugée comme faible, modérée ou élevée : 1) les activités professionnelles, dont l'intensité peut être estimée grossièrement en fonction des tâches liées au métier ; 2) les activités domestiques (travaux d'entretien, activité culinaire, etc.) ; 3) les activité de loisirs et sportives ; 4) les activités liées aux transports (mode de déplacement) et 5) les occupations strictement sédentaires qui comprennent l'inactivité physique totale (TV, ordinateur, repos). Subjectivement, une pondération de chaque catégorie (durée, fréquence et intensité) peut être envisagée pour évaluer globalement l'AP journalière. Il faut souligner que cette évaluation peut être largement dépendante du praticien et du patient. Il permet cependant de compléter judicieusement une mesure podométrique en permettant une meilleure prise en compte du mode de vie du patient.

Le podomètre dans la pratique clinique²⁶

Le podomètre doit être utilisé pendant la journée entière (du lever au coucher). Une mesure d'un jour ne suffit pas à déterminer le niveau habituel d'activité. Vu la simplicité de la mesure, on recommande que le patient le porte pendant une semaine, car l'AP pendant le week-end, est, chez certains individus, très différente de l'activité pendant le reste de la semaine. Certaines activités, telles que la natation, ou le vélo, doivent être comptabilisées séparément (durée et/ou distance), car le podomètre n'est pas en mesure de les quantifier. Il est donc conseillé de faire remplir par les sujets un journal d'activité simplifié où ils consigneront les activités sportives et les éventuels problèmes (fig. 2). La procédure à utiliser pour prescrire une AP accrue peut être la suivante : a) mesurer le niveau d'AP de base du patient (sans intervention) ; b) motiver le patient afin qu'il accepte d'augmenter son AP volontairement ; c) fixer un objectif final de pas/jour raisonnable, par exemple, passer de 5000 à 7000 pas/jour sur plusieurs semaines et d) augmenter par palier, par exemple de 1000 pas/jour progressivement sur une période d'une semaine, et maintenir cette valeur. A noter que 1000 pas correspondent environ à 10 minutes de marche. Si vous ne disposez pas d'un instrument qui stocke les valeurs journalières, le patient utilisera un petit carnet dans lequel il documentera ses résultats. Globalement, le but est d'augmenter plutôt la durée de l'AP que l'intensité, d'autant plus que le podomètre est incapable de mesurer l'intensité. La compliance à l'activité physique constitue un facteur fondamental pour obtenir des bénéfices à long terme. Par conséquent, il est nécessaire de mesurer le patient à intervalle régulier, par exemple tous les 1-2 mois, pour s'assurer qu'il a durablement intégré l'augmentation de l'AP dans son style de vie.

Conclusion

La pratique du sport doit être encouragée pour de nombreuses raisons. Cependant, la diminution de la sédentarité passe également par la modification du mode de vie de la population. L'utilisation accrue des podomètres et/ou accéléromètres dans la recherche permet une appréhension plus objective du niveau moyen d'activité physique. Il est également souhaitable que l'usage de ces capteurs soit de plus en plus répandu dans la pratique clinique pour le suivi des patients (obésité, pathologies cardiovasculaire, réhabilitation) et pour leur fournir un «feedback» de leur niveau d'activité physique (autocontrôle). Finalement, il existe un important potentiel d'applications dans les domaines de la prévention et de l'information à la population.

Des développements récents (basés sur le positionnement par satellites) permettent également de mesurer d'une manière fiable l'activité physique en dehors du laboratoire en terme de vitesse de déplacement, de distance parcourue, et de pente du terrain.^12,17,18,28 La combinaison de ces techniques avec l'accélérométrie/ podométrie permettra probablement d'affiner l'évaluation de l'AP dans un futur proche.

W

Auteur(s) : P. Terrier Y. Schutz
Contact de(s) l'auteur(s) : Drs Philippe Terrier et Yves Schutz Département de physiologie Faculté de biologie et médecine Université de Lausanne 7, Rue du Bugnon 1005 Lausanne Philippe.Terrier@iphysiol.unil.ch Yves.Schutz@iphysiol.unil.ch

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Mots-clef : I exercice physique I sédentarité I podomètre I accéléromètre

Numéro de revue : -509
Numéro d'article : 23948