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Charge axiale et indices de posture dans la contraction du transverse abdominal et des multifides



Dans une perspective à long terme de voyage vers Mars ou sur une base lunaire, impacter positivement la détérioration musculosquelettique est important pour assurer le succès des tâches de la mission et pour garantir le retour sur Terre. Les astronautes ont un risque accru de pathologie lombaire et des déficits musculaires sont un facteur de risque probable. Les érecteurs du rachis, en particulier les muscles multifides lombaire, sont importants pour le contrôle de cette région du rachis. Des données récentes de six astronautes ont montré que l'atrophie des multifides persistait 6 semaines après le vol spatial. De plus, les muscles abdominaux antéro-latéraux profonds, tels que le transverse, sont considérés comme stabilisateur de la colonne lombaire. Par l’intermédiaire du fascia thoraco-lombaire à la colonne lombaire, la contraction du transverse augmente la rigidité de la colonne lombaire. De plus, la pression intra-abdominale joue un rôle dans la modulation de la rigidité et donc de la stabilité de la colonne lombaire. La contraction du transverse augmente la pression intra-abdominale, et donc la stabilité de la colonne lombaire. De plus, la raideur de l'articulation sacro-iliaque est augmentée par la contraction des muscles abdominaux antéro-latéraux profonds. Dans la simulation de vol spatial (c'est-à-dire un alitement prolongé), une atrophie du transverse a été observée. Par conséquent, lorsque la musculature est en situation de microgravité, il est essentiel que les exercices proposés soient indépendants de la pesanteur.
 
Cette étude, proposée en synthèse/traduction par Yannis MADINI,  vise à examiner les effets de la charge axiale et des consignes posturales sur la contraction du transverse et des multifides en utilisant un nouvel appareil d'exercice indépendant de la gravité. La contraction des muscles du tronc peut être mesurée de façon non-invasive par IRM (imagerie par résonance magnétique). La contraction du transverse est illustrée par un raccourcissement et un épaississement antéropostérieur de ce muscle. La contraction des multifides est associée à une augmentation de son épaisseur. Ces changements structuraux sont en corrélation avec l'activité électromyographique.
 

METHODES
  • Participants
Cette étude transversale inclus 30 participants12 femmes et 18 hommes âgés entre 33 et 55ans, coureurs d’endurance entrainé ayant participer à au moins un semi-marathon (≈21km) dans l’année précédente et s’entrainant en course au moins 2 fois par semaine lors des 18 derniers mois ou plus.
 
  • Critères d’exclusion :  
(1) entrainement régulier dans d’autres sports plus d’un jour par semaine dans l’année précédente
(2) participation préalable au haut niveau dans des sports avec un impact sur la colonne vertébrale
(c.-à-d. le volleyball, la natation, le water-polo, l'haltérophilie, l'aviron, le cricket, le baseball, la gymnastique, Football américain, équitation ou lutte)
(3) douleur à l'épaule, au thorax, au cou ou au rachis lombaire
(4) antécédents de douleur à l'épaule, thoracique, cervicale ou lombaire pour lesquels plus plusieurs séances de traitement ont été demandées
(5) scoliose ou ostéoporose connue,
(6) incapacité de communiquer Anglais.
Les contre-indications absolues à l'IRM ont également été prises en compte (ex: implants métalliques)
 
  • Protocole de test et d'exercice
La taille et le poids ont été mesurés à l'aide d'un stadiomètre portable et d'une balance.
Un appareil d'exercice formé d’une bande de résistance conçu pour fournir une charge axiale à travers la colonne vertébrale et les membres inférieurs, ainsi que les bras pendant l'extension du bras a été utilisé (GravityFit, www.gravityfit.com; Figure 1). 
Charge axiale et indices de posture dans la contraction du transverse abdominal et des multifides

La résistance des bandes était estimée à 20% maximum d'une répétition sur la base des valeurs normatives «moyennes» et «bonnes» pour l'âge, le sexe et le poids. La résistance a été déterminée par un dynamomètre numérique.
 
L'IRM a été réalisée dans six conditions, ce qui impliquait des variations de la charge et de positionnement dans l'ordre suivant : 
  • Cond. 1 = Repos (pas de charge ou de consigne positionnel) è contrôle 1 = pas d'équipement
  • Cond. 2 = « Auto-grandissement » (charge axiale sur toute la longueur du corps avec auto-grandissement pour éviter de s’affaisser lors de l'utilisation de l'équipement) è contrôle 2 =équipement uniquement
  • Cond. 3 = Auto-grandissement + extension des bras (charge axiale sur toute la longueur du corps et des bras) è condition expérimentale 1
  • Cond. 4 = Auto-grandissement + extension du bras + activation thoracique (charge axiale sur toute la longueur du corps et des bras et consigne thoracique) => condition expérimentale 2
  • Cond. 5 = Extension des bras uniquement (charge axiale à travers les bras sans indication) ècondition expérimentale 3 
  • Cond. 6 = Extension des bras + activation thoracique (chargement axial à travers les bras avec allongement haut et consigne thoracique è condition expérimentale 4
 
Avant le protocole, les consignes posturales ont été expliqués aux participants.  L’activation thoracique a été expliqué avec les instructions suivantes : « rentrez votre menton » (visait à détendre la musculature du cou et des épaules) puis « détendez les épaules et poussez dans la mousse tout en gardant les omoplates sur le lit » (= Ecraser un morceau de mousse placé entre les omoplates rétro-positionnés tout en relâchant les épaules, ce qui visait à activer la région thoracique). 
Des serviettes roulées sous le cou et la colonne lombaire ont été utilisées pour maintenir les courbures rachidiennes en position neutre et une autre serviette a été placée sous les genoux pour empêcher de tendre les genoux. 
Pendant l'extension des bras, les participants devaient maintenir une extension isométrique pendant les scans de 30 secondes
Dans toutes les conditions, les participants ont été invités à retenir leur souffle et à rester statiques pendant les scans.

 
  • Imagerie par résonance magnétique, traitement et analyse d'images  
Pour quantifier la morphologie musculaire sur un scanner, une séquence pondérée T2 a été utilisé avec des bobines vertébrales pour collecter 14 images axiales englobant le volume du transverse abdominale et des multifides du périnée jusqu'à la cage thoracique. 
La longueur et l'épaisseur des muscles ont été calculées. Lorsque le multifide a été tracé (Fig. 2), les épaisseurs antéro-postérieures et médio-latérales ont été calculées. Les données ont ensuite été moyennées sur toutes les tranches (L1 à S1), ainsi qu'entre les côtés gauches et droits. L'analyse primaire s'est concentrée sur la longueur du pic et l'épaisseur moyenne du transverse et le pic antéropostérieur et l'épaisseur médio-latérale maximale des multifides. 
La fiabilité de la mesure des résultats dans leur laboratoire fut excellente, avec un ICC de 0,95 pour l'épaisseur musculaire et de 0,93 pour longueur musculaire.
Charge axiale et indices de posture dans la contraction du transverse abdominal et des multifides

RESULTATS

 
  • Contraction du muscle entier dans chaque condition  
    • Par rapport au repos, une contraction significative du transverse de l’abdomen (P <0,001) et du multifdus (P <0,001) (Tableau 1) s'est produite, mais cela variait en fonction de la condition (Fig.3). 
 
La contraction du transverse était la plus élevée dans les conditions `` auto-grandissement + extension des bras '' et `` auto-grandissement + extension des bras + activation thoracique ''. La contraction transversale de l'abdomen était également apparente mais de moindre ampleur dans les conditions `` auto-grandissement seul '' et `` extension des bras + consigne thoracique ''. 
 
  • La contraction des multifdes était la plus importante dans les conditions `` extension des bras + activation thoracique '' et `` auto-grandissement + extension des bras + activation thoracique ''. Les conditions « auto-grandissement seul » et « auto-grandissement + extension des bras » ont également entraîné une augmentation de l’épaisseur antéropostérieure mais aucune de l’épaisseur médio latérale. De plus, « l'extension des bras uniquement » a entraîné une diminution de l'épaisseur médio-latérale, mais aucune modification de l'épaisseur antéropostérieure.

 
  • Différences régionales dans la contraction musculaire
    • Les contractions transversales abdominales (Fig. 4) et multifdus (Fig. 5) variaient également selon la région (Tableau 1). 
    • La contraction de la partie supérieure et de la partie inférieur du transverse était la plus élevée dans la condition "auto-grandissement + extension des bras + activation thoracique", tandis que la condition "auto-grandissement + extension bras d'extension" a conduit à la plus grande contraction de la région médiane. 
    • La contraction régionale du transverse variait de manière significative dans les conditions où l'extension du bras était réalisée. 
 
  • La région supérieure des multifdes lombaires a montré la plus grande contraction dans la condition "auto-grandissement seul" tandis que la condition "auto-grandissement + l'extension des bras + l’activation thoracique '' a conduit à la plus grande contraction de la région médiane du muscle. Les régions inférieures du multifide ont montré la plus grande contraction lors de " l’auto-grandissement + extension de bras + activation thoracique '' et " extension des bras + activation thoracique ''.

DISCUSSION
 
Les principales conclusions de cette étude étaient :
  • que la contraction du transverse de l'abdomen était la plus élevée lorsque la charge axiale sur toute la longueur du corps et des bras était appliquée, 
  • tandis que l'augmentation de la contraction des multifides lombaires était plus nettement obtenue avec l'extension des bras et l’activation thoracique (cf. consigne thoracique).
  • De plus, la mise en charge axiale avec l’extension des bras et l’auto-grandissement et l’activation thoracique (condition 4) ont conduit à la plus grande contraction régionale du transverse (supérieure, moyenne et inférieure).
  • Inversement, la contraction du multifdus était moins cohérente dans toutes les conditions, bien que la partie lombaire moyenne du muscle multifdus ait été influencée par la charge axiale et les consignes posturales.
 
Leur étude a démontré que cette approche était capable d'activer automatiquement transversus abdominis et multifdus. Compte tenu de l'atrophie importante du transverse (18%) (Belavý, 2017) et des multifides (14%) (Hides, 2007) lors d’une simulation d’un voyage spatiale (c.-à-d. l'alitement), leurs conclusions sont potentiellement pertinentes sur le plan clinique pour les astronautes. L'atrophie des muscles stabilisateurs du rachis lombaire, tels que le transverse et les multifides, est un mécanisme potentiel pour expliquer l'augmentation de la prévalence de la hernie discale intervertébrale après un vol spatial. Le maintien de la masse musculaire et de la fonction après le vol spatial (ou la simulation) est préférable lorsque les exercices ciblent des groupes musculaires spécifiques. 
Dans l'environnement terrestre, de nombreux exercices peuvent activer le transverse et les multifdes bien que la modalité la plus efficace reste débattue. Les modalités d'exercice courantes comprennent le gainage, avec ballon/appareils et à « free weight » (ex : squat, soulevé de terre). Une revue systématique (Martuscello 2013) qui a examiné l'activité électromyographique du transverse et des multifdes au cours de diverses modalités d'exercice chez des adultes en bonne santé a conclu que les exercices free weight conduisaient à la plus grande activation des multifidesAucune modalité spécifique par rapport à une autre ne donnait une activation accrue du transverse. Ces modalités sont moins vraisemblablement réalisables dans un environnement de microgravité.
Structurellement, il a été démontré que le transverse diffère en termes d'orientation, d'épaisseur et de longueur des fascicules entre les régions supérieures, moyennes et inférieures. La région médiane s'attache à la colonne lombaire via le fascia thoraco-lombaire et est considérée comme jouant un rôle plus important dans la stabilité de la colonne lombaire. À l'inverse, les régions supérieure et inférieure peuvent jouer un rôle plus important dans la stabilisation de la cage thoracique (avec participation de la respiration) et des articulations sacro-iliaques, respectivement. L'activation différentielle de ces différentes parties de ce muscle se produit au cours du mouvement, en particulier avec l'activation de la partie supérieure différant de celle des parties moyenne et inférieure.
Ils ont observé des différences régionales dans la contraction du muscle transverse de l'abdomen dans les exercices qui incorporaient l'extension des bras. Plus précisément, les régions moyenne et inférieur du transverse ont montré une contraction plus importante que la partie supérieure de ce muscle en cas d’extension des bras. Cet effet était le plus cohérent, statistiquement, dans la partie médiane du transverse. Bien que les mesures IRM ne soient pas directement comparables à ceux des travaux antérieurs utilisant l’EMG, leurs résultats de contraction différentielle sont cohérents avec les études précédentes. Leurs conclusions impliquent également que la mise en charge de la colonne vertébrale par compression des bras, avec ou sans charge axiale du corps, conduit à une plus grande contraction des parties moyenne et inférieure du muscle transverse. Ceci est important pour la stabilisation de la colonne lombo-sacrée.
L'entraînement des muscles transverse et multifide lombaire est souvent mis en œuvre dans le traitement des lombalgies et une méta-analyse (Saragiotto, 2016) a montré que ce type d'exercice peut réduire les lombalgies chroniques. Les modalités d’exercice étudiées dans cette étude peuvent représenter une forme alternative d'activation de cette musculature dans le traitement des rachialgies. Des études complémentaires devraient examiner l’efficacité de cette approche par rapport aux autres types de renforcement. 
 

LIMITES

Leur étude a été renforcée par l'utilisation de l'IRM avec une grande taille d'échantillon (pour ce type d’étude) et le caractère randomisé de l'évaluation. Cependant, la limitation la plus notable était la conception cross-sectional (étude transversale). Bien qu’ils ont été en mesure d'établir la modalité d'exercice pouvant activer le transverse et les multifdes, la faisabilité en un modèle d'entraînement prospectif et son efficacité potentielle reste à examiner. De plus, ces données sont issus d’un environnement à 1G avec des participants entraînés en endurance plutôt qu'en microgravité avec des astronautes (accès à cette population difficile). Une autre limitation était qu’ils ont séparé les muscles en différentes régions en fonction du niveau anatomique lombaire. Pour le transverse, cela peut ne pas correspondre aux divisions anatomiques de ce muscle.

CONCLUSION
 
Cette étude a démontré la preuve de principe d'une nouvelle approche d'exercice capable d'activer automatiquement le transverse abdominale et les multifides, via la mise en charge de la colonne vertébrale et des membres. Compte tenu de ces résultats, il est justifié de déterminer la faisabilité et l'efficacité d'un programme d'entraînement basé sur cette approche pour les environnements de microgravité, ainsi que si des observations similaires se produisent dans des populations symptomatiques.
 

QUE RETENIR EN PRATIQUE ?
 
  • La pesanteur et donc la mise en charge stimule naturellement notre gainage lombaire
  • Inversement, l’alitement dégradera la condition de la sangle abdomino-lombaire
 
  • Pour stimuler la contraction du transverse il est important d’inclure dans nos exercices :
  • L’auto-grandissement contre une charge axiale (pesanteur, élastique, poids) 
  • + extension des bras contre résistance
  •  +/- serrer les omoplates (activation thoracique)
 
  • Pour stimuler la contraction des multifides lombaires :
  • Extension des bras
  •  + activation thoracique 
  • +/- auto-grandissement 
 

L'ARTICLE

Owen, P.J., Rantalainen, T., Scheuring, R.A. et al. Axial loading and posture cues in contraction of transversus abdominis and multifidus with exercise. Sci Rep 10, 11218 (2020). 
Article en Open Acces :  https://doi.org/10.1038/s41598-020-67509-1
 
 




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