LES APPORTS DES MOYENS DE MUSCULATION
Second exemple d'aide : l'électrostimulation
L'électrostimulation connaît, ces dernières années, un certain engouement dans les milieux du sport de haut niveau. Cette méthode artificielle d'entraînement permet en effet de développer la force et l'endurance musculaire. Néanmoins, la douleur associée à la stimulation percutanée des muscles peut conduire le sujet à ne pas tolérer une stimulation suffisamment intense pour obtenir une adaptation musculaire conséquente. Il convient dès lors, d'optimiser les différents paramètres en relation avec la stimulation afin de produire une contraction la plus forte possible tout en occasionnant un minimum de gêne pour le sujet. Dans ce contexte, l'utilisation d'un courant alternatif de moyenne fréquence (2500 à 10000 Hz) modulé en basse fréquence (50 à 100 Hz) et appliqué au point moteur du muscle semble être le meilleur compromis. Lors d'une contraction volontaire, l'ordre de recrutement des différents types d'unités motrices (UM) du muscle suit une séquence extrêmement rigide quelle que soit la vitesse à laquelle se fait la contraction. Ce sont, en effet, les UM développant le moins de force qui sont recrutées avant celles qui produisent les forces les plus importantes. Bien que des éléments morphologiques propres à chaque sujet puissent quelque peu influencer l'ordre de recrutement des UM, différents arguments permettent néanmoins de penser que sous électrostimulation cette séquence est modifiée et même inversée par rapport à celle enregistrée lors de contractions volontaires. La maigre littérature concernant les effets de l'entraînement par électrostimulation sur les différents types de fibres musculaires ne permet pas actuellement de savoir si l'un d'entre eux présente une capacité d'adaptation préférentielle.
PRINCIPES DE BASE DE L'ÉLECTROSTIMULATION MUSCULAIRE
La particularité des cellules nerveuses et musculaires est qu'elles sont excitables. Cette propriété leur permet de répondre à un stimulus électrique par la genèse d'une activité électrique de membrane appelée " potentiel d'action ". Lorsque celui-ci est déclenché au niveau d'une cellule nerveuse ou de son prolongement (axone), il se propage très rapidement le long de leur membrane. Après avoir franchi la jonction neuro-musculaire, il parcourt la membrane des cellules musculaires. L'excitation est alors transmise en profondeur de la cellule musculaire et provoque le déclenchement de la contraction. Différents paramètres sont en réalité susceptibles d'influencer l'efficacité et la forme de la réponse musculaire, nous allons les envisager successivement.
Localisation de la stimulation et type d'électrode : Lorsqu'une stimulation percutanée est appliquée au niveau d'un muscle, les fibres musculaires ne sont pas stimulées directement mais bien par l'intermédiaire de leurs terminaisons nerveuses. En effet, il est bien connu que les fibres nerveuses sont plus excitables que les fibres musculaires. Cela signifie qu'il faut une intensité moindre de stimulation pour provoquer la contraction musculaire. D'autre part, pour une intensité de stimulation donnée, la force développée est plus importante lorsque le stimulus est appliqué au "point moteur". Celui-ci se définit comme étant la projection au niveau de la peau, de la zone d'innervation (ensemble des nerfs) du muscle. A cet endroit, les fibres musculaires sont activées par l'intermédiaire de leur axone moteur. Certains muscles présentent plusieurs points moteurs qui peuvent être très facilement localisés en déplaçant l'électrode de stimulation (cathode ou électrode négative) sur le muscle. L'anode (électrode positive) est placée, quant à elle, soit sur l'une des extrémités du muscle (stimulation bipolaire), soit à un autre endroit du corps (stimulation monopolaire).
La forme qui a été la plus utilisée en électrophysiologie est le stimulus rectangulaire. Il se caractérise par une installation et une interruption quasi instantanée du courant; l'intensité se maintenant à un niveau constant pendant toute la durée du stimulus électrique. Si le courant rectangulaire nécessite la moins grande intensité de stimulation pour déclencher une excitation nerveuse ou musculaire, son installation brusque engendre des sensations douloureuses. Afin de réduire cette sensation désagréable, on utilise en pratique des courants dont la pente d'installation est progressive. Celle-ci peut prendre différentes formes (1inéaire, sinusoïdale...). L'avantage de ces courants progressifs réside dans l'atténuation du phénomène douloureux. L'inconvénient est que l'excitation devient de moins en moins efficace lorsque la pente d'installation du courant s'adoucit et qu'il nécessite donc une intensité de stimulation supérieure. Pour des pentes d'installation trop douces l'excitation peut même devenir impossible suite au phénomène d'accommodation de la membrane. Celui-ci correspond en réalité à une élévation du seuil d'excitation de la membrane.
Durée et intensité du stimulus électrique : La durée du stimulus électrique est un autre paramètre déterminant en rapport avec l'efficacité de la stimulation. Si la durée du stimulus est trop courte, certaines fibres nerveuses ne répondent plus à l'excitation et ne sont donc plus mises en jeu. Dans ces conditions ce sont les fibres nerveuses de plus petit diamètre et celles qui sont les plus éloignées de l'électrode de stimulation qui ne sont plus recrutées. Une durée de stimulus comprise entre 0,2 ms et 1 ms est habituellement choisie en stimulation percutanée.
Fréquence de répétition du stimulus : Lorsqu'un muscle est activé par l'intermédiaire de son nerf moteur en réponse à une stimulation isolée, il déclenche une réponse mécanique, la fréquence de stimulation nécessaire pour atteindre cette force maximale sera quelque peu différente. Plus le muscle est rapide plus la fréquence de stimulation sera élevée. En général, chez l'homme, la force maximale des muscles squelettiques est obtenue pour des fréquences de stimulation comprises entre 50 et 120 Hz. Il est cependant bien connu que des fréquences de stimulation supérieures à 2 000 Hz présentent l'avantage de minimiser la douleur et les sensations désagréables inhérentes à l'électrostimulation. En revanche, l'effet excite-moteur est moins efficace pour une fréquence élevée et ne permet donc pas de développer la force maximale du muscle. Cela s'explique par le fait que lorsque les stimuli successifs sont trop rapprochés (< à ± 2 ms), ils tombent dans la période réfractaire de la membrane. Cela signifie que cette dernière est momentanément incapable de répondre à une deuxième excitation et ne peut plus déclencher de contraction musculaire. Il est également important de souligner que cette période réfractaire s'allonge progressivement avec la période de stimulation.
RECRUTEMENT DES DIFFÉRENTS TYPES D'UM
Un muscle est constitué d'un très grand nombre de fibres musculaires qui sont rassemblées sous forme d'unités fonctionnelles appelées unités motrices (UM).
Ordre de recrutement pendant une contraction volontaire : Nous savons que les UM d'un muscle sont mises en jeu lors d'une contraction volontaire, suivant une séquence rigide. Ce sont, en effet, les petites UM à seuil de recrutement bas qui sont activées avant les grandes UM à seuil plus élevé. Cet ordre de recrutement en fonction de la taille des UM est habituellement appelé principe de grandeur ou principe de la taille. Il est d'autre part intéressant de souligner que ce principe n'est pas modifié par l'entraînement, ni par une période d'immobilisation.
Ordre de recrutement pendant une contraction sous électrostimulation : Lorsqu'un muscle est activé artificiellement par la stimulation électrique, l'ordre de recrutement des UM est différent de celui observé dans des conditions naturelles d'activation. En effet, comme nous l'avons vu auparavant, Si le système neuromusculaire est intact, l'électrode de stimulation, placée au-dessus du muscle, déclenche l'excitation des fibres musculaires par l'intermédiaire des terminaisons axonales et non pas par les fibres musculaires directement.
Différents paramètres influencent l'ordre de recrutement des fibres nerveuses : le premier est le diamètre des axones. Nous savons, en effet, que leur excitabilité est proportionnelle à leur diamètre. Cela signifie que les plus grosses UM sont activées avant les plus petites et donc que l'ordre de recrutement des UM est inversé par rapport à une activation volontaire du muscle. Néanmoins, lorsque, comme chez l'homme, les électrodes sont pincées sur le muscle, il contient de tenir compte également d'autres paramètres comme la distance séparant l'électrode de stimulation de l'axone. Dans ces conditions, la stimulation a en effet tendance à favoriser l'excitation des axones les plus proches de l'électrode. Sur la base d'études anatomiques, il a été néanmoins montré que ce sont les UM de gros diamètre qui sont le plus souvent situées superficiellement dans le muscle et donc plus près de l'électrode de stimulation. De plus, l'électrostimulation met en jeu des récepteurs cutanés dont on sait qu'ils favorisent le recrutement des plus grandes UM au détriment des plus petites. Ainsi, il apparaît que l'électrostimulation provoque un recrutement différent de l'activation volontaire (naturelle) et dont la tendance est de recruter préférentiellement les grandes UM par rapport aux plus petites.
Nous savons qu'il est possible de provoquer une contraction musculaire au moyen d'un courant électrique en stimulant le muscle, soit directement, soit par l'intermédiaire de son nerf moteur. L'électrostimulation est très largement appliquée dans le cadre des programmes de réhabilitation et, plus récemment, cette technique a même été introduite dans les milieux sportifs dans le but de développer la force et l'endurance de muscles sains. C'est un Soviétique du nom de Kots (1971) qui serait le premier à avoir utilisé cette méthode d'entraînement chez des athlètes de compétition. Il ressort de ses publications que des gains en force relativement importants (de 38 à 50% selon le groupe musculaire choisi) peuvent être obtenus après seulement 19 jours de stimulation. Ces résultats, particulièrement intéressants dans le cadre du sport de haut niveau, ont suscité ces dernières années un intérêt tout particulier de la part des chercheurs et des entraîneurs pour l'électrostimulation. Le but de la présente revue est de rappeler les principes généraux de l'électrostimulation musculaire. Nous évoquerons également, en rapport avec nos connaissances actuelles, les aspects de la mise en jeu et de l'adaptation des différents types de fibres lors de cette activation artificielle.
Les électrodes habituellement utilisées en électrostimulation sont de divers types. Cela va de la plaque métallique recouverte d'un tissu humidifié aux électrodes en élastomère (caoutchouc carboné). Ces dernières présentent l'avantage d'être moins nocives pour la peau. En ce qui concerne la taille des électrodes, les avis sont partagés. La majorité des auteurs préconisent l'utilisation d'une cathode plus petite que l'anode. Le seuil d'excitation est en effet inférieur si la cathode est de petite dimension dans la-mesure où elle permet de mieux focaliser l'effet excito-moteur sur le point moteur considéré. L'anode de plus grande dimension permet ensuite au courant de diffuser sans effet. Certains auteurs proposent cependant l'utilisation de deux électrodes de grande taille afin de recouvrir la plus grande partie du muscle à stimuler. Enfin, la localisation relative des deux électrodes dépend de la profondeur de l'effet excitemoteur recherché. Plus les électrodes seront proches l'une de l'autre sur le même versant de membre, plus l'influence électrique restera superficielle.
Type et forme du stimulus électrique : On a l'habitude de distinguer deux grands types de courant électrique: continu et alternatif. Le premier se caractérise par le fait qu'il ne présente qu'une seule polarité (courant monophasique ou unidirectionnel) tandis que le second présente la particularité d'une inversion régulière de sa polarité (courant biphasique ou bidirectionnel). L'intérêt de ce dernier est qu'il permet d'éviter la polarisation des électrodes et par conséquent de maintenir l'efficacité de la stimulation à un meilleur niveau. Ces courants mono ou biphasiques peuvent également prendre des formes très différentes.
