L'excitabilité électrique et la contraction musculaire sont des concepts fondamentaux en physiologie, et leur application via des appareils de stimulation musculaire suscite un intérêt croissant. Cet article explore en profondeur le fonctionnement, l'efficacité et les risques potentiels de ces technologies.
Introduction
Depuis quelques temps, une nouvelle génération d'appareils de stimulation musculaire suscite un engouement considérable, équipant de nombreux médecins esthétiques désireux de sculpter et de redessiner les corps. Ces appareils promettent de muscler le corps, de réduire les graisses, et d'améliorer la posture. Mais ces promesses sont-elles tenues ?
Stimulation musculaire : Comment ça marche ?
Le principe de la stimulation musculaire repose sur l'excitabilité neuromusculaire, c'est-à-dire la capacité contractile du muscle. Tous ces appareils, qu'ils utilisent des courants électriques d'intensité variable, des ondes électromagnétiques focalisées de haute intensité ou des champs magnétiques pulsés, stimulent cette excitabilité.
Le principe de l’électrostimulation reproduit fidèlement les processus qui interviennent dans la contraction musculaire commandée par notre cerveau. Lorsque nous décidons de contracter un muscle, notre cerveau envoie un ordre sous forme de courant électrique qui se déplace à grande vitesse via les fibres nerveuses. Avec l’électrostimulation, l’excitation est produite directement sur le nerf moteur par des impulsions électriques parfaitement adaptées qui garantissent efficacité, sécurité et confort d’utilisation. Ainsi, le muscle est incapable de faire la différence entre une contraction volontaire (déclenchée par le cerveau) et une contraction électro-induite : le travail est identique.
En 1789, Luigi Galvani observa que les muscles de la cuisse d’une grenouille se contractaient lorsque le nerf les innervant était mis en contact avec du métal. Il conclut à l’existence d’une « électricité animale ». L’étude moderne des effets galvaniques en biologie est appelée électrophysiologie.
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Lorsqu’une impulsion électrique est appliquée à une fibre nerveuse par l’intermédiaire de deux électrodes, une partie de ce courant électrique pénètre dans la membrane au niveau de l’anode et ressort au niveau de la cathode. Lorsque l’intensité du courant est faible, la membrane voisinant la cathode se dépolarise partiellement. Si l’intensité du courant est augmentée progressivement, la dépolarisation augmente parallèlement jusqu’à un niveau critique de dépolarisation. Au-delà de ce seuil, la membrane devient alors le siège d’une variation de potentiel extrêmement rapide qui n’est plus contrôlée par l’impulsion électrique qui l’a déclenchée.
Efficacité des ondes électromagnétiques
L'efficacité de ces appareils varie en fonction de l'énergie utilisée. Une source d'énergie qui pénètre plus profondément le muscle peut diminuer son temps de réaction et favoriser un gain musculaire plus rapide. Les ondes électromagnétiques focalisées de haute intensité semblent atteindre une intensité plus forte sans provoquer de sensations épidermiques désagréables.
Contact direct avec la peau ou à travers les vêtements ?
Le contact direct avec la peau stimule pleinement le réflexe myotatique, agissant à la fois sur les récepteurs musculaires, les récepteurs sensitifs de Golgi et les récepteurs proprioceptifs, rendant le travail plus complet. À travers les vêtements, le résultat est certainement moindre et il faudra peut-être faire plus de séances.
Intensité maximale et douleur
Il ne faut jamais atteindre le seuil douloureux, l’effort doit être progressif, autrement on risque de provoquer une tétanisation des fibres musculaires, de ressentir des douleurs résiduelles et même de présenter, comme le sportif, des lésions musculaires. L’idéal serait, comme après le sport, de faire quelques étirements et de prendre une douche bien froide après la séance, pour éliminer tous les points de contractilité, les micro-saignements inhérents à tout entraînement musculaire.
Courbatures et travail musculaire
Tout muscle qui travaille en se contractant produit des déchets et même présente des micro-saignements qui sont à l’origine des sensations de type courbatures. Si vous n’avez rien ressenti c’est peut-être en raison d’un travail musculaire trop faible en réponse à la stimulation appliquée.
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Potentiel musculaire et génétique
Nous possédons tous un potentiel physique déterminé qui est souvent inexploité en raison d’une trop grande sédentarité mais ce potentiel est aussi génétiquement prédéterminé, selon le nombre de fibres musculaires lentes et rapides que vous recevez à la naissance, et leur répartition dans le corps. L’effort transforme les cellules musculaires dormantes en cellules musculaires actives. Toutefois, si le capital en fibres est insuffisant, la prise de muscles le sera aussi.
Risques et contre-indications
L'utilisation de ces appareils comporte des risques, similaires à ceux de l'électrothérapie en général. Ils sont déconseillés aux personnes équipées de dispositifs électroniques (pacemakers, défibrillateurs cardiaques), aux femmes enceintes, et aux personnes ayant subi un traumatisme récent ou souffrant de douleurs chroniques. Ils sont également déconseillés en cas de troubles de la coagulation et de maladies de peau. Il faut également éviter d'abuser des séances, en particulier sur les bras, en raison du risque de rupture tendineuse.
- Contre-indications :
- Personnes équipées de dispositifs électroniques implantés (pacemakers, défibrillateurs)
- Femmes enceintes
- Traumatismes récents (entorse, luxation, déchirure musculaire)
- Douleurs chroniques (tendinites, arthrose, œdèmes)
- Troubles de la coagulation
- Maladies de peau
Perte de graisse et posture
Ce travail est un travail en anaérobie c’est-à-dire explosif, soit sans l’oxygène apportée par la respiration. La machine ne mobilise pas les graisses, comme avec un sport d’endurance. On ne va pas donc perdre sa bouée sur le ventre. Mais on tonifie le corps en réalisant un gainage « artificiel ». Avec un entraînement sportif en complément, on peut donc remodeler joliment sa silhouette.
Il n'est pas scientifiquement prouvé que ces appareils améliorent la posture. Pour un effet postural, il faut entraîner à la fois les muscles agonistes et antagonistes, ce qui n'est pas le cas de ces machines.
Exemples de machines de body-sculpting
- EMSCULPT, BTL AESTHETICS: Appareil tchécoslovaque homologué CE et FDA. Quatre programmes de 20 à 40 minutes, adaptés à chaque zone du corps. 4 séances minimum programmées à 2-3 jours d’intervalle. Prix de la séance : 450 €.
- CRISTAL FIT, DELEO: Appareil français d'origine coréenne, homologation CE. 3 types de séances : « Endurance », « Force » et « HIIT ». 4 à 6 séances recommandées à raison de 2 séances /semaine. Prix recommandés : 350 € la séance ; 1750 € le pack de 6 séances.
- STIMSURE, CYNOSURE: Appareil américain, homologation CE. 4 programmes « Débutants », « Standard », «Professionnels » et «Haute intensité » et 4 programmes par région. 6 à 8 séances recommandées à raison de 2 séances/semaine, puis une séance d’entretien recommandée tous les 6 mois.
- TESLA FORMER, ISKRA MEDICAL: Appareil slovène, homologation CE. Programmes intégrant 10 à 20 séquences. Protocole de 6 séances, espacées de 2 à 3 jours sur une période 15 à 20 jours. Prix des 6 séances : entre 1200 € et 1400 €.
- COOLTONE, ALLERGAN: Appareil américain. Pas encore disponible en France.
Électrostimulation et système nerveux
« L’Homme est une Machine si composée, qu’il est impossible de s’en faire d’abord une idée claire, et conséquemment de la définir… En faisant une analogie un peu grossière avec la robotique, le corps humain comporte un calculateur, le système nerveux central, une structure mécanique, le squelette, des actionneurs, les muscles, des capteurs, les récepteurs sensoriels et des câbles électriques, les nerfs. La stimulation électrique utilise les muscles comme s’il s’agissait de moteurs aux propriétés spécifiques. Bien entendu, certaines caractéristiques rendent le contrôle de ces actionneurs difficile, en particulier l’existence du phénomène de fatigue. De plus, la force maximale pouvant être produite par un muscle est notamment relative à sa longueur au moment considéré.
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Le système nerveux humain est un système complexe dont dépendent toutes les fonctions de l’organisme. On distingue le système nerveux central (encéphale et moelle épinière) du système nerveux périphérique (nerfs). Le système nerveux central est responsable de l’émission d’influx nerveux moteurs et du traitement des informations sensitives. Le système nerveux périphérique est responsable de la transmission des influx nerveux entre les structures de l’organisme.
La moelle épinière reçoit les informations sensorielles issues des récepteurs situés au niveau de la peau, des muscles et des articulations. Elle contient les motoneurones responsables des mouvements. À la moelle épinière sont reliés des nerfs essentiellement composés d’axones, qui sont les prolongements des cellules nerveuses (neurones).
Les muscles produisent le mouvement sous le contrôle du système nerveux. Les muscles sont composés de fibres qui transforment l’énergie chimique en énergie mécanique pour produire des forces. Le muscle est un tissu contractile : il est capable de se contracter en diminuant sa taille. Le corps humain comporte plus de 600 muscles. Lorsqu’un motoneurone émet un influx nerveux, le groupe de fibres qu’il innerve entre en contraction ; l’ensemble constitué du motoneurone, de son axone et des fibres musculaires cibles est appelé unité motrice.
Les muscles au repos sont élastiques : ils ont la propriété de s’allonger lorsqu’ils sont soumis à une force extérieure et de retrouver leur longueur initiale lorsque cette force est supprimée. Le muscle présente aussi une viscosité : sa tension passive ne dépend pas seulement de sa longueur, mais aussi de la vitesse à laquelle il est étiré. La force engendrée par le muscle est ainsi la somme des contributions mécaniques passives et de la contraction active. Toutes les fibres musculaires ne sont pas identiques, on distingue les fibres musculaires lentes et les fibres musculaires rapides, sensibles à la fatigue. La composition de chaque muscle dépend ainsi des fonctions motrices principales qu’il est censé remplir.
Applications thérapeutiques de l'électrothérapie
L’électrothérapie désigne l’ensemble vaste et varié des utilisations thérapeutiques du courant électrique. La stimulation électrique des muscles squelettiques ou des nerfs les innervant permet d’induire une contraction des fibres musculaires et de générer une force. La stimulation coordonnée de différents muscles permet de réaliser des fonctions plus ou moins complexes : station debout, marche, préhension, etc. D’autres muscles peuvent être stimulés : le cœur et la vessie par exemple. Les voies sensitives peuvent aussi être activées par cette technique de façon à soulager une douleur ou restaurer une fonction : audition, vision… La stimulation peut être réalisée par des systèmes externes ou implantés dans le corps.
Une voie technologique permet de restaurer ou suppléer certaines fonctions déficientes du système sensori-moteur : il s’agit de la stimulation électrique. Elle a déjà montré de grands succès comme dans le cas des stimulateurs cardiaques (pacemaker) permettant de réguler le rythme des battements du cœur, des implants cochléaires restaurant l’audition, ou même plus récemment des implants « cerveau profond » visant à supprimer les tremblements dans la maladie de Parkinson.
Stimulation électrique fonctionnelle (SEF)
La SEF est aujourd’hui pratiquée de façon courante en rééducation fonctionnelle chez les sujets lésés médullaires « incomplets » et hémiplégiques avec pour objectif une récupération de certaines fonctions. Elle permet de reproduire des mouvements de façon précise et répétable, et présente l’avantage de stimuler simultanément les voies afférentes (sensitives) et efférentes (motrices), ce qui semble favoriser la récupération. Bien que la demande de verticalisation assistée soit importante chez les patients lésés médullaires, seuls les appareillages orthétiques permettent aujourd’hui d’assurer un aplomb fonctionnel. Ces systèmes restent contraignants en termes d’encombrement et sont rarement utilisés en dehors du domicile. La stimulation électrique permet de contracter les muscles des membres inférieurs pour permettre à des sujets paraplégiques « complets » de se tenir debout.
La SEF est appliquée en regard du nerf péronier qui innerve ce muscle. Le système le plus répandu utilise un capteur de type interrupteur placé sous le talon de la jambe valide pour détecter le décollement du pied, et donc l’initiation de la phase de balancement de la jambe et pour enclencher la stimulation provoquant la contraction du muscle relevant le pied.
La SEF interne consiste à stimuler directement les fibres nerveuses ou musculaires en plaçant une ou plusieurs électrodes à l’intérieur du corps, au plus près des fibres à stimuler. L’un des avantages, outre le positionnement définitif des électrodes sur les sites à stimuler, est la meilleure sélectivité et l’énergie moindre nécessaire à l’activation. Certaines applications de cette technique sont bien connues et maîtrisées comme la suppléance du rythme cardiaque (pacemaker), et la simulation du nerf phrénique pour activer le diaphragme, principal muscle inspiratoire, la restauration de l’audition (implant cochléaire).
Ainsi, l’architecture de stimulation implantée conçue dans le projet européen SUAW (Stand up and walk) est composée d’un contrôleur externe, d’un stimulateur et d’un ensemble d’électrodes implantées.
Comprendre les crampes musculaires
Les crampes musculaires sont dues à une augmentation de l'excitabilité des nerfs du muscle, conduisant à une contraction soudaine et brutale. Les causes exactes de cette hyperexcitabilité restent encore à élucider.
Carence minérale et crampes
Les crampes peuvent être un indicateur d'une carence en certains minéraux et vitamines, notamment le magnésium, le potassium, le calcium, ainsi que les vitamines B, C et D.
Méthodes traditionnelles pour lutter contre les crampes
Les méthodes traditionnelles incluent des étirements (par exemple, des étirements des muscles du mollet avant le coucher) et la prise d'analgésiques tels que le paracétamol, l'aspirine, l'ibuprofène ou le kétoprofène.
L'électrostimulation contre les crampes
L'électrostimulation peut aider à traiter les crampes musculaires en générant une réponse naturelle de relaxation et de détente du muscle concerné.
Électrostimulation et entraînement
L'électrostimulation est utilisée dans le renforcement musculaire et l’amélioration de l’explosivité.
Le principe de l'électrostimulation dite EMS est de reproduire les impulsions électriques envoyées par le cerveau, par le biais de deux ou plusieurs électrodes placées sur les muscles qui doivent travailler.
L'avantage de l'électrostimulation, par rapport à un fonctionnement musculaire classique, est de pouvoir travailler des zones bien spécifiques et cela sans l'intervention du système nerveux central. De plus, elle permet un réglage très précis des caractéristiques du courant généré. Ainsi, il est possible d'améliorer l'une des différentes composantes du muscle: l'élasticité, le tonus ou la force. Grâce à ces réglages, on peut également choisir d'entraîner des fibres musculaires lentes ou rapides.
Fréquences d'utilisation
- Stimulation basse fréquence (1 à 10 Hz): utile en phase d’échauffement, de récupération, de relaxation et de capillarisation.
- Stimulation moyenne fréquence (15 à 30 Hz): utilisée pour le travail en endurance.
- Stimulation haute fréquence (50 à 120 Hz): provoque des effets tétanisants.
Contraction musculaire : Aspects biologiques
La contraction est la fonction essentielle des muscles striés squelettiques, responsables des mouvements du squelette. La contraction du muscle strié squelettique est liée à l’excitation préalable des fibres musculaires par les motoneurones a. Cette excitation conduit in fine au glissement des filaments fins et épais les uns contre les autres. La genèse du potentiel d’action de fibre musculaire qui est à l’origine de la contraction s’effectue au niveau de la plaque motrice via une stimulation nerveuse.
Lorsqu’un potentiel d’action arrive au niveau de la terminaison axonale, la membrane nerveuse se dépolarise. Cette dépolarisation induit l’ouverture de canaux calciques voltages-dépendants (c’est à dire sensible à la différence de potentiel entre la membrane plasmique du motoneurone et l’espace synaptique). Le flux de calcium à l’intérieur de la terminaison axonale déclenche une fusion des vésicules d’acétylcholine avec la membrane ce qui induit une libération de ce médiateur dans la fente synaptique. L’acétylcholine diffuse dans cette fente et va se lier à des récepteurs spécifiques situés au niveau de la membrane post-synaptique. Ces récepteurs sont des récepteurs canaux. Ainsi la liaison de deux molécules d’acétylcholine avec le récepteur induit un changement de la conformation du récepteur qui conduit à l’ouverture du canal. Un flux d’ions sodium dans la fibre musculaire produit une dépolarisation de la membrane, on parle de potentiel de plaque motrice. Lorsque ce potentiel atteint une valeur seuil, ce potentiel induit l’ouverture de canaux sodium voltage-dépendants au niveau du sarcoplasme générant ainsi un potentiel d’action.
Le couplage excitation-contraction n’est possible qu’en raison de la propriété d’excitabilité de la membrane plasmique musculaire. Le sarcoplasme est capable de produire et de propager des potentiels d’action par des mécanismes similaires à ceux observés pour les neurones. Le potentiel d’action dure 1 à 2 ms dans la fibre musculaire striée squelettique. Celui-ci est terminé bien avant l’apparition des signes mécaniques de la contraction. Le couplage excitation-contraction se déroule au niveau de la triade. Ce couplage demande l’intervention de diverses protéines : la calsequestrine, les canaux calciques, les ryanodines, le récepteur à la dihydropyridine. La dihydropiridine et la ryanodine sont associées avec leur récepteur respectif. Une partie des canaux de libération d’ions calcium sont directement associés aux canaux calciques voltage-dépendants. Les canaux de libération d’ions calcium non associés avec les canaux voltage-dépendants sont ouverts par l’influx du calcium dans le cytosol. La première voie consiste en une modification de la conformation du canal voltage-dépendant pendant la dépolarisation. Cela permet l’ouverture du canal calcium voltage-dépendant.
Les mécanismes moléculaires de la contraction au sens strict se déroulent dès la libération du calcium dans le cytosol. Au niveau des myofibrilles, les ions calcium disponibles s’associent avec la troponine C. Cette liaison déplace le complexe troponine-tropomyosine de sa position au niveau du filament d’actine. Ce mouvement libère ainsi des sites de liaison des têtes de myosine. A noter qu’à l’état de repos les têtes de myosine sont associées au filament d’actine en l’absence d’ATP formant un pont transversal ce qui donne la rigidité du muscle. Suite à la libération des sites de liaison de la myosine sur les filaments d’actine, chaque tête de myosine s’associe à une molécule d’ATP. Cette liaison induit une dissociation des têtes de myosine du filament d’actine. Par la suite, lors de la phase d’hydrolyse de l’ATP, les têtes de myosine pivotent et se lient à l’actine au niveau des sites de liaison.
La libération du phosphate inorganique (Pi) obtenu par l’hydrolyse de l’ATP provoque une changement de conformation des têtes de myosine . Le mouvement induit par cette modification de conformation entraîne le déplacement du filament d’actine. Ainsi est observé un raccourcissement du sarcomère. La libération de l’ADP par la suite permet de reformer le pont transversal formé entre l’actine et la myosine. Ce cycle se répète plusieurs fois (9 à 12 fois) tant que le calcium demeure lié à la troponine. Pendant ce temps, les pompes calcium-ATP ases permettent le recyclage du calcium du cytosol vers le réticulum sarcoplasmique par hydrolyse de l’ATP en ADP + Pi. La diminution de concentration d’ions calcium dans le cytosol induit une dissociation des complexes calcium-troponine C. La tropomyosine retrouve sa position de départ par changement de conformation du complexe troponine-tropomyosine.
Pour pouvoir maintenir une activité contractile, les molécules d’ATP doivent être fournies par le métabolisme aussi rapidement qu’elles sont dégradées par le processus contractile. L’ATP peut être de nouveau synthétisée à partir de la phosphocréatine (PCr) par la voie anaérobie alactique, ou voie des phosphagènes. La seconde voie de synthèse (anaérobie lactique ou glycolyse anaérobie) consiste en la dégradation du glycogène (forme de stockage du glucose) en acide pyruvique. Cette voie va permettre de synthétiser 3 molécules d’ATP à partir d’une molécule de glycogène (voir schéma). Ces réactions ne nécessitent pas la présence d’oxygène (plus exactement du dioxygène). Elles aboutissent à la formation d’acide lactique dont l’accumulation perturbe les processus contractiles.
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