SPORTS SCIENCE EXCHANGE

RÉACTIONS DES ENFANTS À L'EXERCICE PAR TEMPS CHAUD :
INCIDENCES SUR LA PERFORMANCE ET LA SANTÉ

SSE n° 49, volume 7 (1994), numéro 2

Oded Bar-Or, M.D.
Professeur de pédiatrie
Directeur du Children’s Exercise & Nutrition Centre
Université McMaster et hôpital Chedoke-McMaster, Hamilton (Ontario)
Hamilton (Ontario) Canada
Membre du Comité d'examen en médecine sportive du Gatorade Sports Science Institute

POINTS PRINCIPAUX
1. Comparés aux adolescents et aux adultes, les enfants produisent moins de chaleur par rapport à leur masse corporelle lors d'activités comme la marche et la course, leur capacité de sudation est réduite et leur température interne augmente davantage en cas de déshydratation.

2. Ces différences n'interfèrent pas avec leur capacité de poursuivre un exercice, à moins que le stress thermique ne soit extrême.

3. Aucune recherche scientifique adéquate ne permet de comparer l'incidence des malaises causés par la chaleur chez les enfants et les adultes, mais certaines maladies infantiles augmentent le risque d'en être victimes.

INTRODUCTION

Les réactions physiologiques des enfants à l'exercice sont généralement semblables à celles des adultes, mais l'âge et la maturité les différencient à plusieurs égards. Par exemple, les enfants et les adultes réagissent différemment aux stress combinés de l'exercice et de la chaleur (Tableau 1).

Même si certaines caractéristiques des réactions des enfants à l'exercice par temps chaud (p. ex. un faible taux de sudation par glande, des concentrations élevées d'acide lactique et un débit cardiaque plus faible) présentent un certain intérêt théorique, d'autres (p. ex. une chaleur métabolique de locomotion élevée, une durée de tolérance à l'effort plus courte, un taux d'acclimatation plus lent, une augmentation rapide de la température interne en cas de déshydratation) sont importantes d'un point de vue pratique pour leur performance, leur bien-être et leur santé. Le présent article se veut une analyse de ces dernières caractéristiques et souligne leurs incidences sur la performance et la santé. Même si des incidences de ce genre sont importantes pour tous les enfants, elles le sont surtout pour ceux dont l'état de santé les expose à un risque élevé de malaise causé par la chaleur.

BILAN DE LA RECHERCHE

Réponses physiologiques. Pour plus de détails sur les réactions des enfants aux stress combinés de l'exercice et de la chaleur, voir les articles de Bar-Or (1980; 1983; 1989). Voici les principaux résultats de très nombreuses études donnant à penser que, comparés aux adultes, les enfants sont désavantagés lorsqu'ils font de l'exercice par temps chaud.

Le besoin de dissiper la chaleur du corps est amplifié pendant un effort physique, car la contraction musculaire entraîne une chaleur métabolique. Chez les enfants, pour des raisons qui ne sont pas encore bien expliquées, la production métabolique de chaleur par kilogramme de masse corporelle est supérieure à celle des adultes lors de la marche ou de la course (Astrand, 1952; MacDougall et coll., 1983), des activités qui sollicitent encore plus leur système thermorégulatoire. Plus l'enfant est de petite taille, plus la production de chaleur est élevée. Par exemple, la production de chaleur excédentaire chez un enfant de 8 ans peut atteindre jusqu'à 25 à 30 %.

Le taux d'échange de chaleur entre le corps et le milieu ambiant augmente proportionnellement à la surface corporelle. Le rapport entre la surface corporelle et la masse corporelle des enfants étant plus élevé que chez les adultes, quand la température ambiante est supérieure à celle de la peau, les enfants sont exposés plus rapidement que les adultes aux afflux de chaleur.

Lors d'un exercice par temps chaud, l'évaporation de la sueur est la principale voie de dissipation de la chaleur. C'est le seul moyen de refroidir le corps quand la température ambiante est supérieure à celle de la peau. Le taux de sudation par glande sudoripare est plus faible chez les enfants que chez les adultes (Bar-Or, 1980; Falk et coll., 1992a). Même si le nombre de glandes sudoripares activées par la chaleur par unité de surface cutanée est beaucoup plus élevé chez les enfants

(Falk et coll., 1992a; Inbar 1978), leur taux total de sudation est plus faible, même s'il est calculé par unité de surface corporelle (Araki et coll., 1979; Falk et coll., 1992a). Il se peut que cette différence soit due au renouvellement d'énergie anaérobie plus faible dans les glandes sudoripares des enfants (Falk et coll., 1991). Dans certaines conditions, le seuil de sudation (ou température interne déclenchant la transpiration) des enfants est bien plus élevé que celui des adultes (Araki et coll., 1979). Le passage aux mécanismes de sudation des adultes se fait au début de la puberté (Falk et coll., 1992a; 1992c).

La convection à travers le sang est le moyen le plus efficace pour que la chaleur interne du corps se transmette à la peau. Pour que la vitesse de convection augmente, le débit sanguin vers la peau doit aussi augmenter. Si le pourcentage de sang absorbé par la peau est plus élevé chez les enfants que chez les adultes lors d'un exercice par temps chaud (Drinkwater et coll., 1977; Falk et coll., 1992b), leur débit cardiaque global par unité d'absorption d'oxygène est légèrement plus faible (Bar-Or, 1983).

D'autres différences entre les enfants et les adultes sont associées à la composition de la sueur. Comme l'ont montré Meyer et coll. (1992), les concentrations de sodium et de chlore chez les filles et les garçons prépubères ou en pleine puberté sont plus élevées que celles des jeunes femmes et jeunes hommes adultes, respectivement. D'autre part, les concentrations de lactate, d'hydrogène et de potassium sont plus élevées chez les enfants (Falk et coll., 1992b; Meyer et coll., 1992).

CONSÉQUENCES PRATIQUES

Incidences sur la performance sportive. Les caractéristiques physiologiques des enfants indiquées ci-dessus nuisent-elles à leur capacité d'effectuer un exercice en cas de stress thermique? Malheureusement, les études ne permettent pas de répondre à cette question de façon irréfutable. Il semblerait que lorsque les enfants sont exposés à des températures modérées (Davies, 1981) ou même par temps chaud et sec, p. ex. 42 ºC (107,6 ºF) et à un taux d'humidité relative de 20 % (Falk et coll., 1992b), ils arrivent à réguler leur température. De même, un stress thermique modéré ne nuit pas à leur performance lors d'un exercice de courte durée et très intense (Dotan et Bar-Or, 1980). Certaines observations en laboratoire et sur le terrain donnent à penser que lorsque le stress thermique est élevé, la durée de tolérance à l'effort des enfants est plus courte que celle des adultes (voir les articles de Bar-Or, 1980; 1989).

Quand le climat passe de froid à modéré ou chaud, il faut généralement avoir été exposé plusieurs fois au nouveau climat pour y être acclimaté. Quand des garçons de 8 à 10 ans ont été exposés à un climat chaud et sec d'une chambre à température contrôlée (expositions de 80 min à 43 ºC ou 109,4 ºF) avec un taux d'humidité relative de 21 %, trois fois par semaine), ils sont arrivés à s'y acclimater. La vitesse d'acclimatation des enfants était toutefois plus lente que celle des jeunes adultes (Bar-Or, 1980; Inbar,1978) : il leur a fallu 2 semaines pour s'acclimater comparativement à 1 semaine pour les jeunes adultes. Par ailleurs, des garçons de 11 à 14 ans se sont moins bien acclimatés à des températures de 47,7 à 49 ºC (117,9 à 120,2 ºF) et à un taux d'humidité relative de 17 % que les adolescents et les jeunes adultes (Wagner et coll., 1972). Concrètement, ces données montrent que lorsque de jeunes sportifs sont soumis à des conditions climatiques plus chaudes, la durée de leur entraînement devrait être réduite, puis augmentée de façon plus graduelle que pour les sportifs plus âgés. Quand, pendant deux semaines, des enfants non entraînés ont suivi un entraînement aérobie (séances de 60 min à 85 % de la fréquence cardiaque maximale) dans un environnement thermiquement neutre, l'augmentation moyenne de leur température interne par temps chaud a diminué après un entraînement similaire à celui qui avait été observé après une acclimatation (Inbar et coll., 1981). Ces résultats laissent supposer que l'entraînement lui-même réduit la tension physiologique ressentie par les enfants lors d'un exercice par temps chaud.

Incidences sur la santé. Ellis et coll. (1976) ont montré que, lors des vagues de chaleur, les risques de malaises causés par la chaleur sont très élevés chez les jeunes enfants (et chez les personnes âgées). De plus, Knochel (1975) a montré que les malaises causés par la chaleur sont, après les traumatismes crâniens, la deuxième cause de décès chez les jeunes du secondaire. Toutefois, malgré les lacunes apparentes relatives aux réactions physiologiques des enfants à une combinaison de stress thermique métabolique et climatique, aucune donnée épidémiologique ne montre qu'ils sont plus exposés que les adultes aux malaises causés par la chaleur.

Pourtant, le risque de malaises causés par la chaleur peut être très élevé chez certains groupes d'enfants ou d'adolescents. Les états de santé et les maladies énumérées dans le tableau du supplément sont en ordre alphabétique et ne sont pas en ordre de prévalence ou de gravité. Plusieurs de ces maladies ont un dénominateur commun : elles peuvent induire une hypohydratation en raison d'une perte excessive ou d'une consommation insuffisante de liquide. La boulimie, les maladies cardiaques congénitales, le diabète sucré, le diabète insipide, la gastroentérite, une forte fièvre, l'obésité et les vomissements sont des maladies et malaises qui peuvent induire une perte excessive de liquide. Il se peut que les personnes atteintes d'anorexie mentale, de fibrose kystique, de déficience intellectuelle et d'insuffisance rénale ne boivent pas assez. Les mécanismes par lesquels l'hypohydratation nuit à la capacité de l'enfant de dissiper la chaleur dépassent l'objet du présent article. Il faut toutefois savoir qu'une réduction du volume plasmatique due à une hypohydratation peut diminuer le taux de sudation et le débit sanguin (et de la chaleur) vers la peau.

À l'inverse, certaines maladies réduisent le taux de sudation, ce qui peut nuire au refroidissement par évaporation de l'enfant. Par exemple, probablement en raison d'un faible taux de sudation, le risque de malaise causé par la chaleur, dont un coup de chaleur pouvant entraîner la mort (Barcenas et coll., 1976; Fox et coll., 1966; Redfearn, 1969) est élevé chez un jeune athlète non acclimaté à la chaleur qui effectue un exercice par temps chaud. Chez les adultes, une faible capacité aérobie associée à un taux de sudation relativement faible et une température interne élevée pendant l'exercice est considérée comme un risque de malaise causé par la chaleur. Toutefois, la question de savoir si la capacité aérobie des enfants affecte leur température interne et, par conséquent, leur bien-être par temps chaud, suscite la controverse (Araki et coll., 1979; Docherty et coll., 1986; Inbar et coll., 1981; Matsushita & Araki, 1980).

L'obésité constitue un avantage dans le froid, mais un handicap par temps chaud. La plupart des données sur le sujet concernent les adultes. Comme l'ont montré Haymes et coll. (1975), lors d'un exercice intermittent de 70 min avec un repos à une température variant entre 40 et 42 ºC (104 à 107,6 ºF) et sous une humidité relative de 25 %, la température rectale et la fréquence cardiaque de garçons légèrement obèses (31,2 % de graisse) ont augmenté plus rapidement que celles des groupes témoins plus minces. La capacité de thermorégulation relativement réduite des personnes obèses peut s'expliquer par les raisons suivantes : 1) La graisse a une chaleur massique peu élevée, ce qui signifie qu'une quantité relativement faible de chaleur est nécessaire pour augmenter la température d'une masse de graisse donnée. 2) La graisse contient moins d'eau que la plupart des autres tissus. Par conséquent, tout degré d'hypohydratation donné indique un pourcentage de perte d'eau relativement plus élevé chez les personnes obèses que chez les personnes dont le poids est normal. 3) En général, la capacité aérobie maximale des enfants obèses est faible. Par conséquent, lorsqu'ils font un exercice de même intensité que leurs pairs non obèses, leur effort relatif est plus grand et, en moyenne, leur température interne est plus élevée.

Déshydratation délibérée et sa prévention. Lors d'un exercice par temps chaud, tout comme les adultes, les enfants ne boivent pas assez même s'ils disposent de boissons à volonté (Bar-Or et coll., 1980; 1992). Toutefois, il y a une différence importante : pour tout degré d'hypohydratation donné, la température interne des enfants augmente plus rapidement que celle des adultes (Bar-Or et coll., 1980). Il est dont important de tout mettre en oeuvre pour prévenir ou réduire de façon importante la « déshydratation délibérée » chez les enfants. Pour ce faire, il faut leur expliquer qu'il faut boire régulièrement même s'ils n'ont pas soif, p. ex. toutes les 20 min, et les encourager à le faire (Bar-Or et coll., 1980; 1992). Règle générale, notre expérience nous a montré qu'un enfant de 10 ans ou moins devrait boire jusqu'à ce qu'il n'ait plus soif, puis boire un demi-verre (de 100 à 125 mL) de plus. Les enfants plus âgés et les adolescents devraient boire un tout un verre de plus. Au besoin, le règlement des compétitions devrait être modifié pour permettre aux enfants de quitter le terrain à intervalles réguliers pour qu'ils puissent boire quand ils le veulent.

Pour encourager un enfant à boire davantage, les boissons devraient avoir bon goût et stimuler la soif. Les filles et garçons prépubères ou au début de la puberté préfèrent les boissons aromatisées au raisin plutôt qu'aux pommes ou à l'orange et à l'eau (Meyer et coll., 1994). Cette préférence est apparue clairement au repos après un essai aérobie à intensité maximale et au moment de la réhydratation après un exercice prolongé sous un climat chaud et sec. Il n'est pas clair si une concentration moins élevée de sel dans la sueur des enfants (Meyer et coll., 1992) justifie le fait de diluer davantage leurs boissons par rapport à celles des adultes. Plus de recherche s'impose pour déterminer le contenu optimal des boissons pour l'enfant qui fait de l'exercice.

RÉSUMÉ

Plusieurs caractéristiques physiologiques, dont la plupart sont liées aux mécanismes de sudation et à la production de chaleur métabolique, font en sorte que les enfants sont désavantagés d'un point de vue thermorégulatoire par rapport aux adultes lorsqu'ils font de l'exercice sous un climat chaud et humide. Même si les enfants arrivent à réguler efficacement leur température lors d'un exercice en milieu thermiquement neutre ou modérément chaud, lorsque le stress thermique est extrême, la durée de leur tolérance à l'effort diminue par rapport à celle des adultes.

Aucune preuve concluante ne montre que l'incidence et la gravité des malaises causés par la chaleur sont plus élevées chez les enfants que chez les adolescents ou les adultes. Chez les enfants, certaines maladies sont toutefois associées à un risque très élevé de malaise causé par la chaleur. Étant donné que de telles conséquences peuvent toutes être évitées, reconnaître l'élément déclencheur et savoir si le risque est élevé chez un enfant est de la plus haute importance. Lors d'un exercice prolongé par temps chaud, une attention particulière devrait être accordée à une hydratation optimale, car une hypohydratation peut provoquer un malaise causé par la chaleur, dont le coup de chaleur pouvant entraîner la mort. De bonnes habitudes en matière d'hydratation devraient être encouragées et imposées : les enfants devraient régulièrement boire plus de liquide que ce que leur dicte leur soif.

References

Araki, T., Y. Toda, K. Matsushita, and A. Tsujino (1979). Age differences in sweating during muscular exercise. Jap. J. Phys. Fitness Sports Med. 28: 239-248.

Astrand P.O. (1952). Experimental Studies of Physical Working Capacity in Relation to Sex and Age. Copenhagen: Munksgaard.

Barcenas, C., H.P. Hoeffler, and J.T. Lie (1976). Obesity, football, dog days and siriasis: a deadly combination. Am. Heart. J. 92: 237-244.

Bar-Or, O (1980). Invited review climate and the exercising child. Int. J. Sports Med. 1: 53-65.

Bar-Or, O. (1983). Pediatric Sports Medicine for the Practitioner. From Physiologic Principles to Clinical Applications. New York: Springer Verlag.

Bar-Or, O. (1989). Temperature regulation during exercise in children and adolescents. In: C. Gisolfi and D.R. Lamb (eds.) Perspectives in Exercise

Science and Sports Medicine. Vol 2: Youth, Exercise, and Sport. Indianapolis: Benchmark Press, pp. 335-367.

Bar-Or, O., C.J.R. Blimkie, J.A. Hay, J.D. MacDougall, D.S. Ward, and W.M. Wilson (1992). Voluntary dehydration and heat intolerance in patients with cystic fibrosis. Lancet 339: 696-699.

Bar-Or, O., R. Dotan, O. Inbar, A. Rotshtein and H. Zonder (1980). Voluntary hypohydration in 10 to 12 year old boys. J. Appl. Physiol.: Resp. Environ. Exerc. Physiol. 48: 104-108.

Davies, C.T.M. (1981). Thermal responses to exercise in children Ergonomics 24: 55-61.

Docherty, D., J.D. Eckerson, and J.S. Hayward (1986). Physique and thermoregulation in pre-pubertal males during exercise in a warm, humid environment. Am. J. Phys. Anthropol. 70: 19-23.

Dotan, R., and O. Bar-Or (1980). Climatic heat stress and performance in the Wingate Anaerobic Test. Eur. J. Appl. Physiol. 44: 237-243. Drinkwater B.L., I.C. Kuppart, J.E. Denton, J.L. Crist, and S.M. Horvath (1977). Responses of prepubertal girls and college women to work in the heat. J. Appl. Physiol. 43: 1046-1053.

Ellis, F.P., A.N. Exton-Smith, K.G. Foster, and J.S. Weiner (1976). Eccrine sweating and mortality during heat waves in very young and very old persons. Isr. J. Med. Sci. 12: 815-817.

Falk, B., O. Bar-Or, R. Calvert, and J.D. MacDougall (1992a). Sweat gland response to exercise in the heat among premidand late-pubertal boys. Med. Sci. Sports Exerc. 24:313-319.

Falk, B., O. Bar-Or, and J.D. MacDougall (1992b). Thermoregulatory responses of premidand late-pubertal boys to exercise in dry heat. Med. Sci. Sports Exerc. 24:688-694.

Falk, B., O. Bar-Or, J.D. MacDougall, C.H. Goldsmith, and L. McGillis (1992c). Longitudinal analysis of the sweating response of premidand late-pubertal boys during exercise in the heat. Am. J. Human Biol. 4:527-535

Falk, B., O. Bar-Or, J.D. MacDougall, L. McGillis, R. Calvert, and F. Meyer (1991). Sweat lactate in exercising children and adolescents of varying physical maturity. J. Appl. Physiol. 71:1735-1740.

Fox, E.L., D.K. Mathews, W.S. Kaufman, and R.W. Bowers (1966). Effects of football equipment on thermal balance and energy cost during exercise. Res. Quart. Am. Assoc. Health Phys. Ed. 37: 332-339.

Haymes, E.M., R.J. McCormick, and E.R. Buskirk (1975). Heat tolerance of exercising lean and obese prepubertal boys. J. Appl. Physiol. 39: 457-461.

Inbar, O. (1978). Acclimatization to Dry and Hot Environment in Young Adults and Children 8-10 Years Old. EdD dissertation, Columbia University.

Inbar, O., O. Bar-Or, R. Dotan, and B. Gutin (1981). Conditioning vs. work-in-the-heat as methods for acclimatizing 8-10 year old boys to dry heat. J. Appl. Physiol.: Respirat. Environ. Exer. Physiol. 50:406-411.

Knochel, J.P. (1975). Dog days and siriasis: how to kill a football player. J. Am. Med. Assoc. 233: 513-515.

MacDougall, J.D., P.D. Roche, O. Bar-Or, and J.R. Moroz (1983). Maximal aerobic capacity of Canadian school children: prediction based on agerelated oxygen cost of running. Int. J. Sports Med. 4:194-198.

Matsushita, K., and T. Araki (1980). The effect of physical training on thermoregulatory response of pre-adolescent boys to heat and cold. Jap. J. Phys. Fit. Sports Med. 29: 69-74.

Meyer, F., O. Bar-Or, J.D. MacDougall, and J.F. Heigenhauser (1992). Sweat electrolyte loss during exercise in the heat: effects of gender and maturation. Med. Sci. Sports Exerc. 24:776-781.

Meyer, F., O. Bar-Or, A. Salsberg, and D. Passe (1994). Hypohydration during exercise in children: Effect on thirst, drink preferences, and rehydration. Int. J. Sports Nutr. 1:22-35.

Redfearn, J.A. Jr. (1969). History of heat stroke in a football trainee (question). J. Am. Med. Assoc. 208: 699.

Wagner, J.A., S. Robinson, S.P. Tzankoff, and R.P. Marino (1972). Heat tolerance and acclimatization to work in the heat in relation to age. J. Appl. Physiol. 33: 616-622.