These adaptations structurales et nerveuses du

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
Examinateurs
Pierre ROCHCONGAR Professeur des Universités – PH Université de Rennes
François HUG Maître de Conférences – HDR Université de Nantes
Invitée
Christine HANON Docteur (PhD) INSEP, Paris
Directeurs
Arnaud GUÉVEL Professeur des Universités Université de Nantes
Christophe CORNU Maître de Conférences – HDR Université de Nantes

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.