Signatures individuelles des coordinations musculaires

Masterclass
Publiée le
17/2/2024
Musculo-squelettique
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À propos

Chaque individu est unique, c'est-à-dire qu'il existe des caractéristiques distinctives permettant d'identifier un individu parmi d’autres, que l'on peut considérer comme une signature. Plusieurs études ont soutenu l'existence de signatures individuelles du mouvement identifiées à partir de caractéristiques cinématiques (i.e., angles et vitesses articulaires). Mon équipe a été pionnière dans l'extension de ce concept aux signatures individuelles de l'activation musculaire pendant des tâches motrices standardisées (e.g., marche, pédalage, renforcement musculaire). Cela signifie que certains individus favorisent l’activation de certains muscles par rapport à d’autres, pour un mouvement donné. Bien que ces deux types de signatures (cinématique et activation) influencent les contraintes imposées à chaque muscle, leurs conséquences n’ont jamais été quantifiées. Il s’agit désormais de comprendre comment ces stratégies peuvent influencer la distribution des adaptations (e.g., hypertrophie) ou des altérations musculaires (e.g., dommages musculaires, blessures musculaires) et tendineuses (e.g., tendinopathies). L’objectif est de mieux comprendre comment optimiser les protocoles de rééducation et de prévention de ces troubles musculosquelettiques.

Contexte

La masterclass aborde la notion de signature individuelle des coordinations musculaires en kinésithérapie. Alors que chaque individu possède une empreinte digitale unique, une voix distinctive ou un iris propre, les caractéristiques musculaires uniques restent encore largement méconnues. Même pour des tâches simples telles que la flexion du genou, impliquant plusieurs muscles comme les gastrocnémiens et les ischio-jambiers, il existe une diversité d'activations musculaires possibles.

On a longtemps supposé que la répartition des forces entre les muscles était équivalente entre les individus, mais des recherches récentes suggèrent des variations significatives basées sur des facteurs comme la typologie et l'architecture musculaire.

Comment étudier la coordination musculaire

La masterclass explore la signature individuelle des coordinations musculaires en kinésithérapie. Contrairement à la reconnaissance de l'unicité des individus par leurs empreintes digitales ou vocales, la diversité des activations musculaires reste largement méconnue. Des études expérimentales révèlent des différences significatives dans la distribution des forces musculaires entre individus.

Pour étudier cette coordination, plusieurs paramètres sont mesurés, notamment la Physiological Cross-Sectional Area (PCSA), l'activation musculaire, la relation force-longueur, la relation force-vitesse, la spécifique tension musculaire et l'angle de pennation. Ces paramètres influencent la force musculaire et rendent complexe l'estimation de la distribution des forces musculaires lors d'un mouvement. Ainsi, la mesure de l'activation musculaire est souvent privilégiée dans les études expérimentales.

L'activation musculaire est mesurée pour comprendre l'implication et l'excitation des muscles pendant un mouvement, allant de zéro à 100%. Des électrodes d'électromyographie de surface sont utilisées pour mesurer cette excitation, contrôlée par les motoneurones alpha. De nombreuses études se sont penchées sur la distribution de cette activation musculaire pour déterminer si chaque muscle reçoit une excitation équivalente pendant un exercice donné.

Différences inter-individuelles d'activation musculaire

Dans le laboratoire "Motricité Interaction Performance" de l'Université de Nantes, des études ont été menées sur l'activation musculaire lors d'exercices simples tels que l'extension du genou. Les résultats ont montré des différences significatives dans la façon dont chaque individu active ses muscles pour effectuer la même tâche. Les chercheurs ont observé que chaque participant avait une stratégie d'activation musculaire unique, avec des variations importantes entre eux. Par exemple, certains individus ont montré une activation équilibrée des muscles impliqués, tandis que d'autres ont présenté des déséquilibres marqués, favorisant certains muscles par rapport à d'autres.

Ces différences interindividuelles dans l'activation musculaire suggèrent l'existence d'une véritable signature d'activation musculaire propre à chaque individu. Ces découvertes remettent en question l'idée selon laquelle tous les individus activent leurs muscles de manière similaire et soulignent l'importance de personnaliser les programmes de rééducation et de prévention en tenant compte de ces variations individuelles.

Dans cette étude, les chercheurs ont cherché à déterminer s'il existe une signature individuelle d'activation musculaire, c'est-à-dire si chaque individu a une manière unique d'utiliser ses muscles. Pour ce faire, ils ont recruté 85 participants et les ont soumis à des tâches de pédalage et de marche, tout en mesurant l'activation de 8 muscles clés impliqués dans ces mouvements. Les données recueillies ont révélé des différences significatives dans les schémas d'activation musculaire entre les individus.

Les participants sont revenus pour une deuxième session de test, identique à la première. À partir des données de la première session, les chercheurs ont entraîné un algorithme d'intelligence artificielle à reconnaître les caractéristiques d'activation de chaque individu. Ensuite, ils ont utilisé les données de la deuxième session pour tester l'algorithme, en lui demandant de déterminer à quel individu appartenaient ces données parmi les participants de la première session.

Les résultats ont montré que l'algorithme était capable de reconnaître correctement les individus dans plus de 90% des cas, ce qui suggère l'existence d'une signature individuelle d'activation musculaire. Cette découverte pourrait avoir des implications importantes pour la personnalisation des programmes de rééducation et de prévention des blessures.

Et pendant les exercices de prévention / rééducation ?

Dans cette étude sur le nordique hamstring exercise, les chercheurs ont examiné l'activation musculaire chez 20 participants. L'objectif était de comprendre la variabilité individuelle dans la manière dont les muscles ischio-jambiers sont activés lors de cet exercice.

Les participants ont été soumis à des mesures d'électromyographie (EMG) pendant qu'ils effectuaient le nordique, un exercice largement utilisé pour renforcer les muscles ischio-jambiers. Les chercheurs ont observé l'activation de trois muscles spécifiques : le biceps fémoris, le semi-tendineux et le semi-membraneux.

Les résultats ont révélé une grande diversité dans les stratégies d'activation musculaire. Chaque participant a montré une préférence distincte pour l'activation d'un muscle spécifique. Certains ont activé principalement le biceps fémoris, tandis que d'autres ont favorisé le semi-tendineux ou le semi-membraneux. Cette variation individuelle dans l'activation musculaire était clairement observable dans les données d'EMG.

En analysant l'ensemble des données, les chercheurs ont constaté que la majorité des participants (14 sur 20) ont montré une tendance à privilégier l'activation du biceps fémoris lors de l'exercice nordique. Cependant, un nombre significatif de participants (4 sur 20) ont montré une préférence pour le semi-tendineux, tandis que quelques-uns (2 sur 20) ont montré une préférence pour le semi-membraneux.

Ces résultats mettent en évidence la complexité de l'activation musculaire et la variabilité individuelle qui existe dans la manière dont les muscles sont sollicités pendant un exercice donné. Ils soulignent également l'importance de prendre en compte cette variabilité lors de la conception de programmes d'entraînement et de réadaptation, afin de répondre aux besoins spécifiques de chaque individu.

Dans cette étude sur le nordique hamstring exercise, les chercheurs ont examiné l'activation musculaire chez 20 participants. Les résultats montrent une variabilité significative dans l'activation des muscles ischio-jambiers entre les individus.

Les données d'activation musculaire, mesurées par l'électromyographie (EMG) normalisée, révèlent que chaque participant a une stratégie d'activation unique. Certains sujets privilégient l'activation du biceps fémoris, tandis que d'autres favorisent le semi-tendineux ou le semi-membraneux.

Globalement, une tendance se dégage : 14 participants sur 20 activent préférentiellement le biceps fémoris, tandis que 4 participants privilégient le semi-tendineux et 2 le semi-membraneux.

Ces résultats soulignent la difficulté d'identifier quel muscle est le plus activé dans un exercice, car les choix d'activation musculaire sont propres à chaque individu. Bien que ces données puissent orienter les préconisations dans l'entraînement, il est important de reconnaître que l'efficacité des interventions peut varier d'un individu à l'autre.

Dans cette étude portant sur le soulevé de terre jambes tendues, une analyse similaire de l'activation musculaire a été effectuée chez les participants. Les résultats révèlent une diversité marquée dans les schémas d'activation des muscles ischio-jambiers.

Les données d'EMG normalisées montrent que chaque participant présente une stratégie d'activation musculaire unique. Certains sujets privilégient l'activation du semi-membraneux, tandis que d'autres favorisent le biceps fémoris ou présentent une activation équilibrée des muscles.

Globalement, une tendance se dégage : presque la moitié des participants activent préférentiellement le semi-membraneux, tandis que l'autre moitié favorise le biceps fémoris. Aucun individu n'a montré une préférence marquée pour le semi-tendineux lors du soulevé de terre jambes tendues.

Ces résultats soulignent l'importance de considérer la variabilité individuelle dans la sélection des exercices de renforcement musculaire. Bien que la préférence d'activation musculaire puisse être établie, il est crucial de reconnaître que cette préférence peut varier d'un individu à l'autre. Cela est particulièrement pertinent dans le cadre de la rééducation, où des choix personnalisés peuvent optimiser les résultats. De plus, il est essentiel de comprendre comment les articulations mobilisées dans chaque exercice influent sur l'activation musculaire chez un individu donné.

Dans cette comparaison entre le nordique hamstring exercise et le soulevé de terre jambes tendues, une analyse de la variation de l'activation musculaire a été effectuée pour chaque individu. Les résultats montrent que la répartition de l'activation musculaire n'est pas uniquement expliquée par l'articulation mobilisée, mais qu'elle est influencée par des facteurs individuels.

En observant la variation de l'activation musculaire entre les deux exercices, on constate que pour le semi-membraneux, la plupart des individus augmentent leur contribution lors du soulevé de terre jambes tendues par rapport au nordique. En revanche, pour le semi-tendineux, on observe une augmentation significative de sa contribution dans le nordique par rapport au soulevé de terre jambes tendues, et ce pour tous les participants.

Cependant, pour le biceps fémoris, la variation est plus variable d'un individu à l'autre. Certains augmentent leur contribution lors du soulevé de terre jambes tendues, tandis que d'autres la diminuent.

Ces observations soulignent que même si des tendances générales peuvent être identifiées, chaque individu présente des réponses musculaires spécifiques à différents exercices. Cela met en évidence l'importance de personnaliser les programmes d'entraînement en tenant compte des réponses individuelles pour optimiser les résultats.

En résumé, il apparaît que l'articulation mobilisée joue un rôle crucial dans la modulation de la distribution de l'activation musculaire. Chaque individu présente une stratégie d'activation propre, mais le choix d'un exercice impliquant une articulation spécifique va influencer cette répartition.

Ainsi, si l'on opte pour un exercice mobilisant les ischio-jambiers par la hanche, on peut s'attendre à une augmentation de l'activation du semi-membraneux par rapport au nordique. À l'inverse, en choisissant le nordique plutôt que le soulevé de terre jambes tendues, on observe une augmentation de la contribution du semi-tendineux par rapport à sa contribution dans le soulevé de terre jambes tendues.

Bien que l'identification du muscle le plus activé reste difficile, il est possible de moduler cette distribution d'activation en sélectionnant des exercices spécifiques. Cette considération est donc essentielle dans le processus de choix des exercices pour l'entraînement.

Quelles adaptations pour un programme de 9 semaines ?

Dans cette étude, les chercheurs ont examiné les adaptations structurelles résultant d'un programme d'entraînement combinant des exercices sollicitant les ischio-jambiers par l'articulation du genou et de la hanche. Ils ont également comparé les effets de deux modalités d'entraînement différentes : la charge lourde et la charge légère avec Blood Flow Restriction (BFR).

Il est important de noter que l'activation musculaire ne reflète pas nécessairement la distribution des adaptations. En effet, d'autres paramètres comme la relation force-longueur et la structure musculaire peuvent influencer les résultats. Ainsi, bien qu'un muscle puisse être plus activé, cela ne garantit pas qu'il bénéficiera le plus d'adaptations.

L'entraînement combiné visait à solliciter les ischio-jambiers dans différentes configurations, ce qui correspondrait aux exigences rencontrées dans diverses activités sportives. Cette approche intégrée comprend des exercices mobilisant les ischio-jambiers par l'articulation du genou, ainsi que par l'articulation de la hanche.

Deux groupes ont été formés : un groupe réalisant des exercices avec une charge lourde (environ 80% du 1RM ou 12RM) et un autre avec une charge légère combinée à du BFR (environ 30-50% ou 20-25% du 1RM). Les exercices impliquaient à la fois des mouvements similaires au soulevé de terre jambes tendues et au nordique, tel que le Leg Curl assis.

Cette approche permettait de combiner les avantages de la charge lourde pour le renforcement musculaire avec ceux de la charge légère et du BFR pour accélérer l'atteinte de l'échec musculaire. Les résultats de cette étude ont donc permis de mieux comprendre comment différents protocoles d'entraînement influencent les adaptations musculaires, ce qui peut avoir des implications importantes dans les programmes de prévention et de rééducation.

Les résultats concernant les adaptations structurelles, notamment l'hypertrophie des muscles ischio-jambiers, ont révélé des différences significatives selon les modalités d'entraînement.

Dans le groupe soumis à une charge légère avec Blood Flow Restriction (BFR), les résultats ont montré une hypertrophie équilibrée des muscles ischio-jambiers, avec une tendance légèrement plus élevée pour le semi-membraneux (environ 20%), suivie du biceps fémoris (environ 15%) et du semi-tendineux (environ 10%).

En revanche, dans le groupe entraîné avec une charge lourde, les différences entre les groupes musculaires étaient plus marquées. Le biceps fémoris a montré une hypertrophie minimale (environ 5%), tandis que le semi-tendineux et le semi-membraneux ont présenté des augmentations importantes de masse musculaire, avec une hypertrophie allant jusqu'à environ 20% pour le semi-membraneux et supérieure à 20% pour le semi-tendineux.

Ces résultats suggèrent que le niveau de résistance, c'est-à-dire la charge lourde versus la charge légère avec BFR, peut influencer la répartition des adaptations structurelles entre les muscles ischio-jambiers. De plus, l'analyse au niveau individuel a montré des variations importantes : dans le groupe à charge légère, certains sujets ont présenté une hypertrophie préférentielle du biceps, du semi-tendineux ou du semi-membraneux, alors que dans le groupe à charge lourde, aucune hypertrophie préférentielle du biceps n'a été observée. Au contraire, l'hypertrophie était principalement répartie entre le semi-tendineux et le semi-membraneux.

Ces résultats soulignent l'importance de considérer les réponses individuelles dans la conception des programmes d'entraînement, et mettent en lumière les effets différenciés des différentes modalités d'entraînement sur les adaptations musculaires.

Les données individuelles montrent des variations significatives dans les adaptations musculaires au sein des groupes étudiés. Dans le groupe soumis à une charge légère avec Blood Flow Restriction (BFR), plusieurs sujets ont présenté des profils d'hypertrophie sélective. Par exemple, le sujet 27 a montré une hypertrophie exclusive du semi-membraneux, tandis que d'autres sujets comme le sujet 21 ont présenté une hypertrophie orientée vers le semi-membraneux, tout en bénéficiant également d'adaptations sur les autres chefs des ischios jambiers. D'autres sujets, comme le sujet 5, ont présenté une hypertrophie équilibrée entre les trois chefs.

Dans le groupe soumis à une charge lourde, les différences individuelles étaient également remarquables. Certains sujets ont montré une hypertrophie sélective du semi-tendineux, tandis que d'autres ont présenté des adaptations importantes du semi-membraneux. Par exemple, le sujet 12 a présenté une hypertrophie quasi-sélective du semi-tendineux, tandis que le sujet 16 a montré une hypertrophie significative du semi-tendineux, avec une augmentation modérée du semi-membraneux et peu de changement au niveau du biceps.

Ces résultats soulignent l'importance de prendre en compte les variations individuelles dans la conception des programmes d'entraînement. Ils mettent en évidence que les protocoles d'entraînement peuvent avoir des effets différenciés selon les individus, ce qui nécessite une approche personnalisée pour maximiser les adaptations musculaires et fonctionnelles chez les patients, clients ou sportifs.

Il est crucial de comprendre l'importance des variations individuelles dans la conception des programmes d'entraînement et de rééducation, en particulier lorsqu'il s'agit de muscles spécifiques comme les ischio-jambiers. Des études antérieures ont montré que les blessures peuvent entraîner une atrophie sélective des muscles, ce qui souligne la nécessité de développer des stratégies de rééducation ciblées pour renforcer les muscles affectés.

Par exemple, dans une étude examinant la distribution du volume musculaire chez des athlètes élites, il a été observé que le côté blessé présentait une atrophie sélective, avec une contribution plus faible du volume du biceps fémoral par rapport au volume total des ischio-jambiers. Cela indique qu'il est essentiel de proposer des stratégies de rééducation visant à renforcer spécifiquement les muscles affectés, afin de favoriser une hypertrophie sélective et de restaurer l'équilibre musculaire.

En intégrant une compréhension des adaptations musculaires individuelles, les professionnels de la santé et les entraîneurs peuvent élaborer des programmes d'entraînement et de rééducation plus efficaces, adaptés aux besoins spécifiques de chaque individu, ce qui peut aider à optimiser la récupération après une blessure et à améliorer les performances sportives.

Résumés

Pour résumer les principaux messages de cette masterclass :

Il existe des stratégies individuelles d'activation musculaire. Pour un mouvement donné, chaque individu utilise ses muscles de manière unique.

Le choix des exercices peut influencer la distribution de l'activation musculaire. Par exemple, mobiliser l'ischio au genou peut augmenter la contribution du semi-tendineux et réduire celle du semi-membraneux.

Ces distributions d'activation peuvent avoir un impact sur les protocoles de renforcement musculaire. Les exercices à charge lourde tendent à renforcer le semi-tendineux et le semi-membraneux, tandis que ceux à charge légère, notamment avec blood flow restriction, peuvent hypertrophier les trois muscles de manière équitable.

Ces tendances générales sont modulées à l'échelle de l'individu, avec des différences inter-individuelles significatives à la fin d'un protocole de renforcement. Des hypertrophies sélectives d'un chef musculaire au sein des ischio-jambiers peuvent être observées.

En cas d'inefficacité d'un protocole de renforcement chez un patient, il est important d'adapter les stratégies et de proposer des alternatives en fonction des besoins spécifiques de chaque individu.

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