These adaptations structurales et nerveuses du
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UNIVERSITÉ DE NANTES U.F.R. des Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives Laboratoire « Motricité, Interactions, Performance » − Équipe d’Accueil 4334 THÈSE En vue de l’obtention du grade de Docteur de l’Université de Nantes École doctorale : Cognition, Éducation, Interactions Discipline : Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives Spécialité : Physiologie / Biomécanique ADAPTATIONS STRUCTURALES ET NERVEUSES DU SYSTÈME NEUROMUSCULAIRE INDUITES PAR L’EXERCICE EXCENTRIQUE ISOTONIQUE VERSUS ISOCINÉTIQUE Présentée et soutenue publiquement par Gaël GUILHEM le 12 février 2010 Devant le jury composé de Rapporteurs Jacques DUCHATEAU Professeur des Universités Université de Bruxelles Nicola MAFFIULETTI Maître de Conférences Université de Bourgogne Pierre ROCHCONGAR Professeur des Universités – PH Université de Rennes François HUG Maître de Conférences – HDR Université de Nantes Docteur (PhD) INSEP, Paris Arnaud GUÉVEL Professeur des Universités Université de Nantes Christophe CORNU Maître de Conférences – HDR Université de Nantes Examinateurs Invitée Christine HANON Directeurs Gaël GUILHEM – Laboratoire « Motricité, Interactions, Performance » – EA 4334 UFR STAPS – Université de Nantes Adaptations structurales et nerveuses du système neuromusculaire induites par l’exercice excentrique isotonique versus isocinétique RÉSUMÉ Les modes d’exercice excentrique isotonique (IT) et isocinétique (IK) induisent des contraintes mécaniques différentes sur le système musculo-squelettique. Ces travaux visent à déterminer les adaptations structurales et nerveuses des muscles extenseurs de la jambe spécifiques à chacun de ces deux modes d’exercice. Un premier travail de développement matériel a permis la réalisation des modes IT et IK dans les mêmes conditions d’analyse, étape préalable à la mise en place d’une méthodologie de standardisation des deux modes. Cette procédure basée sur l’égalisation de la quantité de travail et de la vitesse de mouvement a permis de comparer la réponse du système neuromusculaire aux modes IT et IK, du point de vue de l’architecture et de l’activité musculaire. Si l’architecture musculaire évolue de la même manière dans les deux modes, les patrons d’activité musculaire ont montré des différences entres les sollicitations aigues IT et IK, cohérentes avec les différences de contraintes mécaniques induites. Ainsi, l’activité des muscles sollicités est supérieure en mode IT aux angles articulaires ouverts tandis qu’elle est plus importante en mode IK aux angles fermés. L’étape finale consistait à comparer les adaptations induites par neuf semaines d’entraînement excentrique IT vs. IK standardisés. Les résultats montrent des gains de force sur une plus large amplitude après entraînement IT. Si les gains d’activité musculaire sont comparables, le mode IT a induit une hypertrophie musculaire et une augmentation de l’angle de pennation contrairement à l’entraînement IK. L’entraînement excentrique IT semble donc être plus efficace pour augmenter les capacités de production de force et induire une hypertrophie musculaire, tandis que les sécurités supplémentaires offertes par le mode IK en font un outil adapté aux protocoles de rééducation fonctionnelle. Mots-clés : contraction excentrique, mode isotonique, mode isocinétique, échographie, électromyographie, twitch interpolation, raideur musculo-articulaire, dommages musculaires. Structural and neural adaptations of the neuromuscular system to isotonic and isokinetic eccentric exercises ABSTRACT: Isotonic (IT) and isokinetic (IK) eccentric exercise modes induce different mechanical loads on the musculo-skeletal system. This work aimed to determine specific structural and neural adaptations of the knee extensor muscles to each of these two solicitation modes. A first study of device validation has allowed the achievement of the two exercise modes under the same conditions of analysis, a prior step before developing a standardization methodology of both modes. This procedure based on the equalization of the amount of work and the movement velocity led to compare the changes of muscle architecture and activity in response to IT and IK eccentric exercises. Muscle activity patterns showed differences between IT and IK modes which coincide with mechanical load differences. Thus, the activity of the agonist muscles is higher in IT mode at extended knee joint angles while it is higher in IK mode at flexed angles. Changes of muscle architecture during movement (i.e. decrease of muscular thickness and fascicle angle, lengthening of muscle fascicles) is similar in both modes. The final step was to compare adaptations induced by nine weeks of IT vs. IK eccentric trainings in standardized conditions. Results showed strength gains on a broader magnitude after IT eccentric workout. Although muscle activity gains are comparable, IT training revealed an increase in the fascicle angle unlike the IK training. IT eccentric exercise therefore seems to be more effective to increase muscle strength and induce muscle hypertrophy, while the additional securities offered by IK mode make it suitable for functional rehabilitation protocols. Keywords: lengthening contraction, isotonic mode, isokinetic mode, ultrasonography, electromyography, twitch interpolation, joint stifness, muscular damages.
