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11-Propriétés du muscle "in situ"

Simplification du système musculo-squelettique


  • On réduit un ensemble de muscles agonistes à l'un d'entre eux (considéré comme représentatif). Exemple : BB + BA + BR = "BB".

  • On admet que le rapport entre les variables intramusculaires et les variables périphériques est constant.

  • Pour les études, on travaille toujours à contraction maximale.

Caractéristiques du muscle "in situ"


Relations entre les grandeurs angulaires

Relations entre les grandeurs linéaires

Contraction isométrique

Contraction anisométrique

  1. Relations angulaires

En isométrie


Isométrie () : évolution temporelle du couple de force, relation entre le couple isométrique et l'angle articulaire.

Le couple de force est la mesure externe qui correspond en fait à la somme des moments des forces des différents muscles qui composent le groupe musculaire sollicité.

  • Couple isométrie par rapport au temps : selon les muscles, on peut observer différents temps de "latence", qui correspondent au délai électromécanique (intervalle de temps entre l'activation du muscle, testé par EMG, et la mesure d'une force). Ensuite, on a une pente très marquée, qui permet d'évaluer la vitesse de développement de la force. Enfin, une phase plateau, qui donne la force maximale isométrique du muscle. Ces deux paramètres sont influencés par la typologie des fibres, par l'architecture, la grosseur du muscle, l'entraînement, la fatigue.. (figure 16). Si l'on ajoute une compliance, on change la vitesse de développement de la force (les caractéristiques de la CES influencent aussi cette courbe par rapport au temps). L'entraînement permet également d'augmenter la force maximale (figure 17).

  • Couple isométrique par rapport à l'angle : le couple est maximal pour 90°. La position optimale se situe entre 80 et 90°, pour l'articulation du coude. (figure 18).

  • Couple isométrique par rapport à l'angle, effets de la position de l'articulation : contractions en supination et en pronation. En position de supination, les fléchisseurs du coude sont plus aptes à développer une force plus importante (figure 19). Ceci pour deux raisons :

  • Les insertions musculaires sont alignées.

  • En pronation, le biceps brachial est inhibé, car il est supinateur.




  • Comparaison entre les différents groupes musculaires (Comparaison entre différentes postures) : quelque soit le groupe musculaire, l’allure générale est la même (parabolique). Cf. figure 20. Ici, les extenseurs fournissent plus de force que les fléchisseurs. En position couchée, le quadriceps est étiré : la production de force est diminuée, et les ischio-jambiers auront aussi plus de mal (cela dépend de la souplesse de l’ischio).

  • Couple isométrique par rapport à l’angle.

  • Relation établie pour les muscles pronateurs et supinateurs.


-30

0

30

90

60

Angle en prono-supination (degrés)

-60

Supination

Pronation

Couple

Effet d’un entraînement en pronation :
Couple

-30

0

30

90

60

Supination

Pronation

Angle en prono-supination (degrés)

-60

On a donc un gain de force en pronation et en supination. C’est le phénomène de transfert des effets de l’entraînement (gain sur les supinateurs).


  • Effet de l’angle d’entraînement

Entraînement à 25, 80 et 120°, en isométrique (Cf. figure 21). On a un gain de force pour tout le monde, sauf le témoin, mais on a une spécificité de l’angle.

En anisométrie


On a une évolution temporelle du couple de force, une relation entre le couple anisométrique et l’angle, et une relation entre le couple anisométrique et la vitesse angulaire. (couple anisométrique = couple dynamique).

Conditions d’expérimentations :

  • Isotonique : condition considérée comme atteinte uniquement pour des gestes de faible amplitude, réalisés à vitesse constante.

  • Anisotonique : cas le plus fréquent. La vitesse et l’accélération évoluent au cours du temps.

  • Couple anisométrique par rapport au temps (Figure 22) : on a une absence de plateau tétanique.

  • Couple anisométrique par rapport à l’angle (pour les fléchisseurs du genou) : l’allure générale de chaque courbe st identique à celle réalisée en isométrie (Figure 23b). On a une effet de la vitesse imposée (figure 23abc) : plus la vitesse est lente, plus la force développée est importante.

  • Couple anisométrique par rapport à l’angle (pour les fléchisseurs du coude). La force excentrique est supérieure à l a force isométrique, elle-même supérieure à la force concentrique (Figure 24).

  • Couple anisométrique par rapport à la vitesse angulaire maximale (Figure 25). On mesure pour chaque vitesse la valeur maximale du couple. On en conclut que les extenseurs sont plus puissants que les fléchisseurs, que les muscles du genou sont plus puissants que ceux de la cheville, et que plus on augmente la vitesse, et moins le couple de force est important.

  • Spécificité de l’adaptation à l’entraînement en fonction de la charge : à charge maximale, on a un gain plus important (Figure 26).

  • Spécificité de l’adaptation à l’entraînement en fonction de la vitesse. Trois groupes s’entraînent à des vitesses différentes : ceux qui s’entraînent à vitesse lente ont augmenté leur force pour des vitesses lentes, ceux qui s’entraînent à vitesse très rapide ont augmenté leur force pour des vitesses rapides, et ceux qui s’entraînent à des vitesses intermédiaires ont augmenté leur force pour toutes les vitesses, mais de manière moins prépondérante.

  • Spécificité des adaptations à l’entraînement :

  • De l’angle : les gains de force isométriques sont spécifiques de l’angle d’entraînement.

  • De la charge : il existe une transformation de la relation charge / vitesse en fonction de la charge utilisée.

  • De la vitesse d’exécution : le gain de force est spécifique de la vitesse d’entraînement utilisée.

  • Du mouvement : les gains de force sont supérieurs lorsque ceux-ci sont mesurés pour le geste d’entraînement.

Test de détente élastique (quick release), sur le muscle « in situ ».


Problèmes méthodologiques :

  • L’inertie du système ne permet pas un raccourcissement instantané de la CES.

  • Lors de la détente, la composante contractile subit une inhibition


Etude des propriétés élastiques du muscle en contraction (Cf. article de POUSSON et coll., 1995, Science et motricité) :

  • Effets d’un entraînement pliométrique sur les caractéristiques élastiques du muscle (triceps sural) en contraction.

  • Calcul d’un indice de compliance :

  • Mise en relation de cet indice avec le couple de force isométrique.




  • Relation indice de compliance / couple maximal isométrique. Muscle triceps sural : l’entraînement de type pliométrique entraîne une diminution significative de l’indice de compliance. La compliance diminue avec l’augmentation de la charge

  • Rôle de la CES :

  • Atténuer les effets de la contraction sur les structures articulaires.

  • Stocker, mais aussi restituer, une certaine énergie potentielle : cycle étirement / détente (enchaînement très rapide d’une phase excentrique et d’une phase concentrique). Au cours de la phase excentrique, un muscle activé est susceptible de stocker de l’énergie potentielle qui peut être en partie restituée lors de la phase concentrique.

  • Cycle étirement / détente (sur le muscle isolé). Figure 29 :

  • Rouge : a = contraction isométrique, b = étirement du muscle (simulation de la phase excentrique), c = relâchement (le muscle revient à sa place) (et d = la contraction continue).

  • Bleu : a = étirement du muscle, b = stimulation électrique, c = relâchement (le muscle revient).

Dans la première situation (lorsque le muscle est étiré alors qu’il est en contraction = excentrique), le travail fourni par le muscle est plus important (énergie potentielle emmagasinée) que lors de la deuxième situation (le muscle est étiré de manière passive).

La sollicitation du cycle étirement / détente se traduit par :

  • Une économie du geste, par l’augmentation du rendement  : on a un gain de 40% pour les sauts et de 70% pour les courses.

  • Une augmentation de la performance (mise en évidence par des tests de détente verticale).

Tests de détente verticale


Ils peuvent se faire sur différents types de sauts :

  • Le squat jump (SJ) : départ d’une position avec un angle cuisse / jambe décrété et continuel pour tous les sauteurs. Le sujet fait ensuite son bond normalement. On fait ici intervenir la composante contractile.

  • Le counter movement jump (CMJ) : départ de la position debout, avec flexion puis extension. On fait intervenir la composante élastique série et la composante contractile.

  • Le drop jump (DJ) : départ d’une position debout, surélevée par rapport au sol. On fait donc toujours intervenir la composante élastique série et la composante contractile, mais l’effet de la CES sera augmenté.

Comparaison des résultats :

  • Le CMJ est supérieur de 5% au SJ.

  • Le DJ est supérieur de 11% au SJ.

L’utilisation du cycle étirement / détente se traduit donc par un étirement de la performance. L’augmentation de la performance en CMJ et en DJ peut être expliquée par :

  • La restitution durant la phase concentrique de l’énergie potentielle emmagasinée durant la phase excentrique.

  • Le développement d’un plus haut niveau de force et d’activation musculaire avant le début de la phase de raccourcissement (BOBBERT, 1996).

Influence de l’entraînement de type pliométrique sur la détente verticale (Cf. article de POUSSON et coll., 1995).


L’amélioration de la performance serait lié :

  • Aux aspects nerveux (1/3) :

  • Meilleur rendement des unités motrices.

  • Meilleure coordination des muscles synergistes.

  • Meilleur relâchement des muscles antagonistes.

  • Meilleure utilisation du réflexe myotatique.

  • Aux aspects élastiques (2/3) :

  • Diminution de la compliance.

Il y aurait un rapport entre la diminution de la compliance et l’augmentation de la performance (meilleur rendement). Si on augmente la compliance, on augmente l’énergie potentielle emmagasinée. En CMJ et en DJ, la diminution de la compliance permet une meilleure restitution de l’énergie potentielle accumulée.
  1. Relations linéaires

Modélisation du système musculo-squelettique


On peut, grâce à certaines formules mathématiques, retrouver la longueur du muscle, la vitesse de raccourcissement, sa force, … lorsqu’il est en contraction isométrique.

Propriétés élastiques du muscle « in situ » en contraction.


  • Elles sont caractérisées par la relation compliance / force. La .

  • Relation à partir d’une expérience de quick release sure les muscles fléchisseurs du coude : l’allure générale de la courbe montre que la compliance diminue lorsque la force augmente.

  • Relation pour les fléchisseurs du coude et les extenseurs du coude (Figure 27) : le triceps brachial est plus raide que le biceps brachial. Les muscles riches en fibres I sont plus raides que les muscles riches en fibres II (le triceps a moins de compliance).

  • Relation compliance / force (Figure 28) : un entraînement de type excentrique diminue la compliance musculaire.

  • Les effets selon le type d’entraînement :

  • Entraînement de type excentrique : diminution de la compliance.

  • Entraînement de type pliométrique : diminution de la compliance.

  • Entraînement de type isométrique : diminution de la compliance.

  • Entraînement de type concentrique : augmentation de la compliance.

Propriétés contractiles.


  • Relation force / longueur : elle est obtenue par transformation des données angulaires de la relation couple isométrique / angle. Figure 30 : on retrouve l’allure générale de la courbe réalisée sur le muscle isolé (cette relation est certainement la composition de différentes courbes force / longueur).

  • Relation force / vitesse : elle est obtenue par transformation des données angulaires de la relation couple dynamique / vitesse angulaire.

Relation force / vitesse (figure 31) : cette courbe ressemble à celle du muscle isolé.

Rappel : on associe à chaque vitesse imposée la valeur maximale de la force développée.

A droite de la courbe : partie en concentrique ; à gauche : partie en excentrique. Cette courbe varie d'un sujet à l'autre pour un même muscle, mais elle varie aussi d'un muscle à l'autre (selon le type de fibre : plus la fibre est lente, plus la courbe est creuse). Les forces développées en excentrique sont nettement supérieures à celles développées en concentrique.

Cette relation force / vitesse amène deux types de réflexion :


  • La vitesse de raccourcissement du muscle est limitée par les caractéristiques du muscle. Le mouvement ne pourrait être réalisé au-delà d'une certaine vitesse. Quand le geste amène à mettre en jeu plusieurs articulations, on mobilise le segment le plus important en premier : c'est le principe d'ordre d'intervention segmentaire. A chaque articulation on aura un cumul des vitesses. La vitesse de l'engin peut être supérieure à la vitesse de contraction du muscle (synergie musculaire).

  • Toutes les relations sur les muscles in situ sont des relations établies pour des muscles équivalents et non pour des muscles individuels. La relation force / vitesse obtenue est certainement la somme des relations caractéristiques de chaque muscle qui compose ce muscle équivalent. A l'intérieur du muscle équivalent, pour certains mouvements, la vitesse atteinte dépasse très certainement la vitesse maximale de certains muscles (composants du muscle équivalent). De ce fait, ils ne participent plus au mouvement.

Concept du centre d’inertie
Centre d’inertie = centre de gravité = centre de masse
Le centre d’inertie = correspond au point où serait concentré toute la masse si elle n’ »tait pas réparti autour.


  • pour un solide indéformable :

Si la masse est répartie de manière uniforme alors le centre d’inertie se trouve au centre physique de l’objet.

Si la matière n’est pas répartie de manière uniforme le centre d’inertie se déplace et n’est plus au centre physique de l’objet.

Quel que soit la position du solide dans l’espace, le centre d’inertie ne change pas de position.

  • pour un solide déformable

Il y a une variation de la position du centre d’inertie
Le corps = ensemble articulé de solide indéformables (modélisation du corps humain)

l'électromyographie

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