Soutenance mémoire
Le muscle et la fonction sensorimotrice
Les propriétés morphologiques du muscle squelettique lui permettent de générer force et mouvement. En raison des différentes structures qui le composent, le muscle est également considéré comme une source importante d’ informations sensorimotrices nécessaire au contrôle postural et à la réalisation de tâches motrices spécifiques. Les récepteurs sensoriels musculaires et articulaires recueillent et transmettent des informations qui sont intégrées à différents niveaux du système nerveux central. Les principaux récepteurs concernés sont: le fuseau neuromusculaire, l’organe tendineux de Golgi (OTG) et les récepteurs articulaires. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés spécifiquement à la vibration musculotendineuse en tant qu’outil de stimulation du système sensorimoteur. L’ objectif de cette section n’ est pas de revoir la fonction physiologique du muscle, mais plutôt de s’ attarder à son rôle dans le contrôle sensorimoteur. Il est donc essentiel, dans un premier temps, d’aborder brièvement les fonctions générales des muscles squelettiques, mais également de faire un survol de la physiologie des récepteurs sensoriels et de l’activité réflexe du muscle.
Fonctions générales des muscles squelettiques Les muscles squelettiques se présentent comme un organe recouvrant le squelette et correspondent à environ 40 % de la masse corporelle. Les fibres d’un muscle squelettique sont la principale composante du muscle. Bien qu’ ils soient activés par des influx nerveux incluant des réflexes, les muscles squelettiques sont également appelés muscles volontaires puisqu’ ils forment le seul type de muscle soumis à la volonté dans le corps humain. Les muscles squelettiques exercent plusieurs fonctions importantes: produire le mouvement, s’opposer au mouvement, maintenir la posture, stabiliser les articulations, et produire de la chaleur qui maintient l’organisme à une température adéquate (Marieb & Hoehn, 2010). Les structures macroscopiques des muscles squelettiques comprennent le ventre du muscle, les tendons et les gaines de tissu conjonctif (aponévroses). Ensemble, ils déterminent l’ action du muscle en question et influencent sa réaction à l’ étirement (Marieb & Hoehn, 2010). Puisqu’ un des objectifs de cette thèse est d’étudier l’ effet de la fatigue musculaire sur le contrôle sensorimoteur en présence de vibration, une compréhension des mécanismes de recrutement des unités motrices est également essentielle.
Le muscle squelettique est innervé par au moins un nerf moteur, qui est constitué des axones de centaines de motoneurones. Ainsi, le complexe formé par un motoneurone et toutes les fibres musculaires qu’il dessert est appelé unité motrice. L’ activation des unités motrices se fait dans un ordre bien déterminé et est connue sous le nom du principe de taille (Henneman, 1957, 1981). Ce principe stipule que les unités motrices possédant les fibres musculaires les plus petites sont commandées par de petits moto neurones au seuil d’ excitabilité très faible. C’ est généralement ces unités motrices qui sont activées les premières. Les unités motrices qui répondent à cette définition sont les unités motrices de type l et elles développent des forces très faibles. Au fur et à mesure que la force de contraction augmente, des unités motrices possédant des fibres musculaires au diamètre de plus en plus élevé sont activées. Celles-ci sont mieux connues sous le nom d’ unités motrices de type II et peuvent produire une force de contraction jusqu’à 50 fois supérieures aux unités motrices de type l (Marieb & Roehn, 2010). Elles possèdent donc un seuil de sensibilité plus élevé, et ne sont activées que si une contraction plus forte est nécessaire. Le taux de décharge des unités motrices recrutées au moment initial de la contraction demeure plus élevé que celles recrutées plus tard, et ce, à n’importe quel moment de la contraction musculaire. Ce système de contrôle hiérarchique décrit un mécanisme qui permet une économie efficace d’énergie en réduisant la fatigue des unités motrices de type II recrutées plus tardivement, mais qui ont une force de contraction plus élevée. La contribution relative du recrutement des unités motrices peut varier selon les muscles durant des contractions isométriques (De Luca & Contessa, 2012).
Récepteurs sensoriels de la peau.
Une des critiques courantes qui concerne l’étude des effets neurophysiologiques de la vibration musculotendineuse découle de sa capacité potentielle d’activer certains récepteurs cutanés. Est-ce que les afférences des récepteurs cutanés s’ intègrent dans les voies spinales et peuvent influencer les réponses motrices sous l’ influence de la vibration? Et si oui, à quel niveau spécifiquement cette intégration se produit-elle? Pour répondre à ces questions, il est nécessaire d’aborder le rôle des différents récepteurs sensoriels de la peau potentiellement sensibles à la vibration. La peau possède plusieurs récepteurs tels que les corpuscules de Meissner et les disques de Merkel qui sont localisés superficiellement. Les corpuscules de Meissner sont particulièrement sensibles au toucher léger (tact) et plus particulièrement à la détection des objets en mouvement sur la peau (pression dynamique) et des basses fréquences de vibration (sensibilité maximale entre 30-50 Hz). Les disques de Merkel sont des mécanorécepteurs encapsulés sensibles à la pression statique verticale (en intensité et en durée), mais pas aux déplacements latéraux (V. G. Macefield, 2005).
Les corpuscules de Ruffmi, localisés dans le derme, sont responsables de la détection d’une pression soutenue sur la peau et de l’étirement de celle-ci (déformation), mais également de son intensité et sa durée. Les corpuscules de Pacini sont des récepteurs encapsulés qui détectent le début et la fin d’une pression mécanique très adaptée et sont sensibles aux pressions et aux vibrations de hautes fréquences (sensibilité maximale entre 200 à 300 Hz). Si la pression demeure constante, la fréquence des potentiels diminue (Latash & Zatsiorsky, 2001; Marieb & Hoehn, 2010; McGlone & Reilly, 2010). Quelques études scientifiques suggèrent que la peau puisse avoir une fonction sensorimotrice dans le contrôle postural et la locomotion (Inglis, Kennedy, Wells, & Chu a, 2002; Meyer, Oddsson, & De Luca, 2004a, 2004b; R. Roll, Kavounoudias, & Roll, 2002). Par exemple, l’étude réalisée par Kavounoudias et ses collaborateurs (2001) a montré que la réponse des récepteurs cutanés plantaires serait effective plus précocement que celle des récepteurs musculotendineux impliqués dans la proprioception lors d’une tâche posturale. De plus, certains récepteurs sensoriels cutanés, comme les corpuscules de Pacini situés sous la plante des pieds, permettraient de fournir des indications sur la façon dont le poids corporel s’exerce sur les deux soles plantaires, et ainsi de participer au maintien du contrôle postural (McKeon & Hertel, 2007). Il est important de mentionner que la sensibilité maximale aux fréquences de vibration diffère pour les corpuscules de Meissner et les corpuscules de Pacini, et que les fréquences de vibrations choisies dans le cadre de cette thèse (30 et 80 Hz) correspondent à des plages optimales pour la décharge des fuseaux neuromusculaires (Fallon & Macefield, 2007) qui sont en dehors des seuils connus des récepteurs cutanés. On ne peut cependant exclure la possible activation de ces récepteurs, mais à des niveaux moindres, pour des fréquences en dehors des seuils d’ activation mentionnés ci-haut. Le choix des différentes fréquences de vibration sera repris en détail dans la section 3.5 du Chapitre 1.
Récepteurs sensoriels des articulations
Les récepteurs articulaires sont des mécanorécepteurs qui jouent un rôle dans le contrôle sensorimoteur et la kinesthésie en fournissant des informations proprioceptives au système nerveux central (Latash & Zatsiorsky, 2001). Au niveau de la capsule articulaire et des ligaments, quatre mécanorécepteurs sont sensibles aux changements d’ angles de l’ articulation. Parmi eux, on retrouve les corpuscules de Pacini, les corpuscules de Ruffini, les OTG et les terminaisons nerveuses libres. Localisés à cet endroit, ces récepteurs ont une morphologie similaire, mais ils possèdent des particularités différentes de leurs contreparties tactiles. Les corpuscules de Pacini détectent l’information reliée aux mouvements de l’articulation et leur adaptation est rapide, car ils signalent le mouvement du membre. Les corpuscules de Ruffini donnent quant à eux des renseignements sur l’angle de l’articulation et leur adaptation est plutôt lente, car ils renseignent sur la position du membre (J. P. Roll, 1994). Les OTG articulaires traitent l’information relative à la production de force générée au niveau de l’articulation. Enfin, les terminaisons nerveuses libres interviennent dans les sensations douloureuses qui proviennent de l’articulation. Plusieurs auteurs considèrent la sensibilité articulaire comme particulièrement importante pour les régulations motrices et l’ élaboration du sens du mouvement (Clark, Burgess, Chapin, & Lipscomb, 1985; Edin & Abbs, 1991; V. G. Macefield, 2005). Il existe d’autres types de récepteurs, tels que les thermorécepteurs répondant aux variations de température, les nocicepteurs répondant aux stimulations douloureuses, et les chémorécepteurs répondant à diverses molécules et substances chimiques. Tous ces récepteurs peuvent contribuer aux différentes réponses neurophysiologiques, mais leur contribution n’est pas complètement élucidée encore à ce jour.
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Table des matières
Sommaire
Liste des tableaux
Liste des figures
Remerciements
Introduction
Chapitre 1. Contexte théorique
1. Le muscle et la fonction sensorimotrice
1.1 Fonctions générales des muscles squelettiques
1.2 Types de récepteurs sensoriels
1.2.1 Fuseaux neuromusculaires
1.2.2 Organes tendineux de Golgi
1.2.3 Récepteurs sensoriels de la peau
1.2.4 Récepteurs sensoriels des articulations
1.2.5 Synthèse de l’intégration des afférences sensorielles
1.3 Activité réflexe du muscle squelettique
2. Douleurs lombaires
2.1 Définition et catégories de douleur
2.2 Épidémiologie des douleurs lombaires
2.3 Physiologie et modèles biomécaniques conceptuels des douleurs lombaires
2.4 Déficits sensorimoteurs associés aux douleurs lombaires chroniques
2.4.1 Les études sur les tâches de pointage du tronc
2.4.2 Les études sur les ajustements posturaux anticipatoires
2.4.3 Les études sur la pondération des afférences sensorielles
2.4.4 Les études sur la redistribution de l’ activité musculaire
2.5 Douleur lombaire et fatigue musculaire
3. Vibration
3.1 Historique de la vibration
3.2 Définition de la vibration
3.3 Types de vibration
3.4 Transmission de la vibration
3.5 Choix de la fréquence de vibration
3.6 Effets neurophysiologiques de la vibration
3.7 Effet de la vibration locale sur la foree
3.7.1 Membres supérieurs
3.7.2 Membres inférieurs
3.8 Effets de la vibration sur la douleur
4. Hypothèses de recherche
Chapitre 2. Trunk isometric foree production parameters during erector spinae muscle vibration at different frequencies
1. Abstract
2. Introduction
3. Methods
3.1 Participants
3.2 Preparatory procedures
3.3 Muscle vibration protocol
3.4 Data and statistical analyses
4. Results
5. Discussion
5.1 Clinical applications
5.2 Study limitations
6. Conclusion
7. References
Chapitre 3. Sensorimotor control during peripheral muscle vibration: an experimental study
1. Abstract
2. Introduction
3. Materials and methods
3.1 Study participants
3.2 Dynamometer deviee
3.3 Experimental task
3.4 Vibration stimulation
3.5 Foree reproduction task
3.6 Data and statistical analyses
4. Results
5. Discussion
5.1 Clinical implications
5.2 Limitations
6. Conclusion
7. References
Chapitre 4. The effects of vibration and muscle fatigue on trunk sensorimotor control in low back pain patients
1. Abstract
2. Introduction
3. Methods
3.1 Participants
3.2 Clinical outcomes
3.3 Preparatory procedures
3.4 Muscle vibration protocol
3.5 Electromyography
3.6 Data and statistical analyses
4. Results
4.1 Motor performance
4.2 Electromyography
5. Discussion
5.1 Chronic pain effects
5.2 Vibration effects
5.3 Muscle fatigue and vibration
5.4 Electromyography
5.5 Clinical considerations
5.6 Limitations
6. Conclusion
7. References
Chapitre 5. Discussion générale
1. Recherches futures
Chapitre 6. Conclusion
Références
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