Résumé: Les chercheurs identifient le niveau d'effort où l'émission de particules d'aérosol augmente de façon exponentielle, offrant une explication quant à la raison pour laquelle l'intensité de l'exercice peut être liée à la transmission d'infections.

La source: TUM

Avant l'étude, on savait que le volume respiratoire des personnes non entraînées passe d'environ 5 à 15 litres par minute au repos à plus de 100 l/min lors de l'exercice. Les athlètes très entraînés atteignent en fait des niveaux de 200 l/min.

On savait également que de nombreuses personnes avaient été infectées par le virus SARS-CoV-2 lors d'exercices à l'intérieur.

Cependant, il n'était pas clair comment l'intensité de l'exercice était liée à la concentration de particules d'aérosol dans l'air expiré et à la quantité réelle d'aérosols exhalés par un individu par minute et donc au risque potentiel de propagation de maladies infectieuses telles que le SRAS-CoV-2.

Ces informations sont cependant nécessaires de toute urgence, par exemple pour concevoir des mesures d'atténuation pour les gymnases scolaires et autres installations sportives intérieures, les studios de fitness ou les discothèques afin d'éviter les fermetures en cas de vagues d'infection graves. 

Une nouvelle méthodologie fournit des valeurs d'aérosol mesurables individuellement

Une équipe dirigée par Henning Wackerhage, professeur de biologie de l'exercice à l'Université technique de Munich (TUM), et le professeur Christian J. Kähler, directeur de l'Institut de mécanique des fluides et d'aérodynamique de l'Universität der Bundeswehr München, ont développé un nouvelle méthode d'investigation pour étudier ces questions.

Leur appareil expérimental a d'abord filtré les aérosols déjà présents dans l'air ambiant. Lors du test d'effort ultérieur sur ergomètre, les sujets testés ont inhalé l'air purifié à travers un masque spécial couvrant la bouche et le nez.

L'intensité de l'exercice a été progressivement augmentée du repos au point d'épuisement physique. Le masque était relié à une valve à deux voies par laquelle seul l'air expiré peut s'échapper. La quantité de particules d'aérosol émises par minute a ensuite été mesurée et directement liée aux performances actuelles des sujets de test en bonne santé, âgés de 18 à 40 ans.

Émissions modérées d'aérosols à effort moyen

Les chercheurs ont ainsi pu étudier pour la première fois combien de particules d'aérosol sont exhalées par minute par un individu à différents niveaux d'intensité d'exercice.

Résultat : les émissions d'aérosols pendant l'exercice n'ont initialement augmenté que modérément jusqu'à une charge de travail moyenne d'environ 2 watts par kilogramme de poids corporel. Au-dessus de ce point, cependant, ils ont augmenté de façon exponentielle.

Cela signifie qu'un individu qui pèse 75 kilogrammes atteint ce seuil à une lecture d'ergomètre d'environ 150 watts. Cela correspond à un effort modéré pour un athlète occasionnel, peut-être comparable à l'intensité d'exercice d'un jogging modéré.

Les émissions d'aérosols des athlètes bien entraînés étaient significativement plus élevées que celles des sujets de test non entraînés à l'effort maximal en raison de leur ventilation minute beaucoup plus élevée. Les chercheurs n'ont pas trouvé de différences significatives dans les émissions de particules entre les sexes. 

Les mesures de protection sont importantes pour les entraînements à haute intensité

Bien que les expériences sur les aérosols ne fournissent qu'une connaissance indirecte de la quantité de virus dans l'air expiré, l'étude suggère des points de départ utiles pour gérer les activités intérieures lorsqu'une vague d'infection combinée à une population mal immunisée menace de submerger le système de santé.

« Sur la base de nos résultats, nous distinguons un entraînement d'endurance modéré avec une intensité allant jusqu'à 2 watts par kilogramme de poids corporel et un entraînement d'intensité élevée à maximale. En raison de la forte augmentation des émissions d'aérosols lors de charges de travail de haute intensité au-delà de cette référence initiale, des mesures de protection spéciales sont nécessaires en cas de risque élevé d'infections aux conséquences graves », déclare le professeur Wackerhage, responsable de l'étude.

Cela montre un homme et une femme faisant de l'exercice
L'intensité de l'exercice a été progressivement augmentée du repos au point d'épuisement physique. L'image est dans le domaine public

« Idéalement, ce type d'entraînement devrait se dérouler à l'extérieur. Si cela n'est pas possible, des tests doivent être effectués pour s'assurer qu'aucune personne infectée ne se trouve dans la pièce. Les participants doivent également maintenir une distance appropriée et un système de ventilation à haute efficacité doit fonctionner.

"De plus, les risques d'infection sont réduits en s'entraînant à des intensités plus faibles et en gardant des séances plus courtes. Il pourrait également être possible pour les jeunes athlètes en forme de porter des masques pendant l'entraînement.

À de faibles charges de travail telles qu'un entraînement d'endurance facile à modérément intense, ajoute le professeur Wackerhage, moins de protection est nécessaire et le risque d'infection peut être contrôlé grâce à des systèmes de distanciation et de ventilation.

L'équipe de recherche mène actuellement des expériences pour comparer les émissions d'aérosols lors de l'entraînement de force et d'endurance et pour les corréler avec l'âge et les caractéristiques physiques des sujets testés.

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À propos de cet exercice et des nouvelles sur la recherche sur les infections

Author: Henrike Boden
La source: TUM
Contact : Henrike Boden – TUM
Image: L'image est dans le domaine public

Recherche originale: Libre accès.
"L'émission de particules d'aérosol augmente de façon exponentielle au-dessus d'une intensité d'exercice modérée, entraînant une surémission pendant l'exercice maximal" par Henning Wackerhage et al. PNAS


Abstrait

L'émission de particules d'aérosol augmente de façon exponentielle au-dessus d'une intensité d'exercice modérée, ce qui entraîne une surémission pendant l'exercice maximal

De nombreux agents pathogènes aéroportés tels que le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) sont transmis à l'intérieur via des particules d'aérosol.

Pendant l'exercice, la ventilation pulmonaire peut augmenter de plus de 10 fois et, par conséquent, les utilisateurs expireront un plus grand volume d'air contenant des aérosols. Cependant, nous ne savons pas actuellement comment l'exercice affecte la concentration de particules d'aérosol dans l'air expiré et l'émission globale de particules d'aérosol.

Par conséquent, nous avons développé une méthode pour mesurer en parallèle la concentration de particules d'aérosols dans l'air expiré, la ventilation pulmonaire et l'émission de particules d'aérosols au repos et lors d'une épreuve d'effort graduée jusqu'à l'épuisement. Nous avons utilisé cette méthode pour tester huit femmes et huit hommes dans une étude descriptive.

Nous avons constaté que la concentration de particules d'aérosol dans l'air expiré augmentait significativement de 56 ± 53 particules/litre au repos à 633 ± 422 particules/litre à l'intensité maximale. L'émission de particules d'aérosol par sujet a augmenté significativement d'un facteur 132, passant de 580 ± 489 particules/min au repos à une super émission de 76,200 48,000 ± XNUMX XNUMX particules/min pendant l'exercice maximal.

Il n'y avait pas de différence entre les sexes dans l'émission de particules d'aérosol, mais les sujets qui s'entraînaient en endurance émettaient significativement plus de particules d'aérosol pendant l'exercice maximal que les sujets non entraînés. Dans l'ensemble, l'émission de particules d'aérosol a augmenté modérément jusqu'à une intensité d'exercice d'environ 2 W/kg et de façon exponentielle par la suite.

Ensemble, ces données pourraient expliquer en partie les événements de super-propagation, en particulier lors d'exercices de groupe à haute intensité à l'intérieur, et suggèrent que de solides mesures de prévention des infections sont nécessaires, en particulier lors d'exercices à une intensité supérieure à ∼ 2 W/kg.

Des enquêtes sur les facteurs d'influence tels que l'état d'hydratation des voies respiratoires et du corps entier pendant l'exercice sur la génération de particules d'aérosol sont nécessaires.

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À propos de l’auteur

Tommy E. Junkins

Chef des écrivains

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