Étude de la dynamique du mouvement et de l’activité musculaire au cours d’un squat traditionnel et d’un squat excentrique accentué

Jan 3 / Anaïs Dato
L’augmentation de la capacité de production de force musculaire est l’un des principaux objectifs de la pratique sportive et du conditionnement physique. Cette amélioration peut être obtenue par une augmentation de la commande neurale ou par l’addition de matériel contractile dans le muscle, entrainant son hypertrophie (avec l’activation de la voie mTOR). Ces changements peuvent être obtenus avec un entrainement en résistance. La tension mécanique intramusculaire est le mécanisme premier de l’hypertrophie, avec une relation dose-réponse entre le pic de tension et le niveau d’activation de mTOR. Les athlètes entrainés ont une réponse physiologique à l’entrainement en résistance plus faible, amenant à une atténuation de l’adaptation musculaire comparé à des sujets non-entrainés. Ils auront donc besoin de stimuli plus importants ou de nouveaux stimuli pour entrainer ces adaptations musculaires, c’est pourquoi les praticiens de l’entrainement en force et du conditionnement cherchent de nouvelles méthodes pour assurer une tension maximale dans le muscle.
L’une de ces méthodes est l’entrainement excentrique ; il consiste à manipuler la durée de la phase excentrique ou la charge par ajout de poids (par rapport à la 1RM en concentrique), ou grâce à des dispositifs iso-inertiels tels que le système Kineo. Ces méthodes d’entrainement permettent d’exploiter les plus grandes capacités de production de force grâce aux contractions excentriques, par rapport aux contractions isométriques ou concentriques
Avis du pôle scientifique de Kinesport
Pastille verte
Cette étude observationnelle expérimentale est un article à faible risque de biais, tous les critères méthodologiques majeurs sont respectés permettant de limiter et contrôler au mieux les biais dans leur étude. En revanche, de par son schéma d’étude et le faible nombre de participants, les résultats de cette étude ne sont pas généralisables.
L’ampleur de l’augmentation de force excentrique enregistrée dépend des conditions de mesure ; jusqu’à 80% d’augmentation dans un muscle isolé, 30% pour un mouvement mono-articulaire et 10% pour un mouvement polyarticulaire. Ces différences sont probablement dues à une stratégie d’activation neuronale différente lors du travail excentrique, et nous pouvons nous demander si les forces musculaires produites lors d’un travail excentrique polyarticulaire sont suffisantes pour justifier la complexité de ce type de séance.

Lors d’un squat traditionnel, c’est-à-dire sans ajout de charge supplémentaire entre les phases concentriques et excentriques, les forces de réaction au sol sont plus importantes pendant le temps concentrique et la force développée lors de la phase excentrique est bien en dessous de la capacité musculaire maximale, entrainant une faible tension à l’intérieur du muscle et ne sollicitant donc pas son adaptation. Pour pallier à cela, une méthode d’entrainement semble prometteuse : la charge excentrique accentuée (AEL : accentuated-eccentrique loading). Lors de l’AEL, la charge est plus importante pendant la phase excentrique que pendant la phase concentrique et donc le pic et le volume de la tension mécanique intra-musculaire augmentent, entrainant une augmentation de la force et une hypertrophie. En revanche, une revue de littérature publiée en 2017 a montré que 80% des recherches sur l’excentrique sont faites sur des mouvements mono-articulaires, alors qu’en pratique sportive ce sont les mouvements poly-articulaires les plus utilisés. En effet, de nombreuses études ont montré une charge plus importante sur les muscles des membres inférieurs lors d’exercices AEL effectués sur différents types de presses, mais cela pourrait ne pas se confirmer sur un squat, de part la différence de cinématique et d’implication musculaire entre squat et leg-press.

Afin d’établir des recommandations d’entrainement pour le squat AEL, il faudra prendre en compte la charge totale pouvant être soulevée ainsi que les différentes contributions articulaires.

En effet, toutes les articulations ne sont pas sollicitées de la même manière dans les mouvements poly-articulaires tels que le squat. De plus, la charge subie lors de chaque phase peut varier en fonction de la technique de squat. Certains athlètes modifient leur stratégie pour contrôler la charge lors de la phase excentrique, ce qui peut faire varier la vitesse de descente et affecter le taux de développement du moment, ainsi que le travail et le moment articulaire maximal. À savoir que le travail est un indicateur du volume total de tension mécanique et que le moment articulaire maximal un indicateur de la tension mécanique subie par un seul muscle.
Les principaux objectifs de cette étude sur l’application de l’AEL pendant le squat seront de :
  • Déterminer comment le moment articulaire excentrique et le travail des membres inférieurs changent avec l’augmentation de la charge excentrique
  • Déterminer comment ces mêmes moments changent avec la charge en squat traditionnel
  • Établir les potentielles différences de travail des membres inférieurs entre squat AEL et squat traditionnel
Parallèlement, la cinématique du squat sera étudiée et comparée entre squat traditionnel et squat sur Kineo.
Quatre hypothèses ont été émises avant le début de l’étude :
  • Lorsque la charge excentrique augmente, le moment et le travail articulaire des membres inférieurs augmentent
  • Le moment et le travail articulaire en concentrique sont supérieurs à ceux en excentrique pendant un squat traditionnel
  • Le moment et le travail articulaire en excentrique en squat AEL sont supérieurs à ceux de la phase concentrique du squat traditionnel
  • Une augmentation du moment articulaire s’accompagne d’une augmentation de l’activité EMG

Méthode

 Participants

neuf hommes ont été inclus dans cette études. Ils avaient effectué au moins douze mois d’entrainement en résistance avant cette étude et avaient une 1RM équivalente à 1,71 (±0,17) fois leur masse corporelle. 

 Protocole expérimental 

Tous les essais de squat (traditionnel et AEL) ont été réalisés sur Kineo, qui est un système de poulie avec câble motorisé facilitant le squat AEL par des ajustements de la charge à des amplitudes articulaires prédéfinies. Les participants ont réalisé 3 passages en laboratoire ; le premier pour se familiariser avec Kineo et le squat AEL, le second pour mesurer le squat concentrique à 1RM sur Kineo et le troisième pour les mesures de la cinétique, la cinématique 3D et l’étude EMG.
Chaque séance a commencé par un échauffement standardisé selon le protocole RAMP.
 Première séance, familiarisation 
Les participants ont été équipés d’un harnais pour épaule et hanche avant d’être attachés au Kineo. L’amplitude de mouvement a été déterminée par les cuisses parallèles au sol pour la fin de la phase excentrique et l’extension complète de hanche et genou pour la fin de la phase concentrique. Un signal sonore a été mis en place à la fin de la phase excentrique, pour signaler au participant le début de la remontée et donc de la phase concentrique. Plusieurs séries allant de 20% à 150% de la RM ont été réalisées par les participants afin de se familiariser avec les ajustements automatiques de la charge pendant l’AEL.
 Deuxième séance, test maximal d’une répétition 
Après un échauffement standardisé, les participants ont réalisé des séries de squats de plus en plus chargées, conformément au protocole de la National Strenght and Conditioning Association. Ils ont ensuite eu 5 essais pour établir leur 1RM en squat traditionnel en utilisant des charges isotoniques appliquées à partir du Kineo. 3 à 5 minutes de repos étaient laissées entre les essais. 
 Troisième séance, tests cinétiques, cinématiques et EMG 
Les participants sont venus un moment identique à celui où ils étaient venus lors de la deuxième séance, et ils ont réalisé les tests après un échauffement identique. Ils ont été équipés de marqueurs réfléchissants (36 sur les membres inférieurs) et d’électrodes EMG de surface. Les électrodes étaient placées sur le grand fessier, le vaste latéral, le biceps fémoral et le gastrocnémien médial, conformément aux directives du SENIAM. Le squat traditionnel appliquait la même charge en concentrique et en excentrique (de 20% à 100% de la 1RM) alors que le squat AEL appliquait une charge accrue dans la phase excentrique (de 110% à 150% de la 1RM) mais gardait toujours une charge de 60% de la 1RM dans la phase concentrique (charge idéale pour permettre des contractions excentriques maximales sans entrainer une fatigue importante). 3 essais ont été réalisés par les participants avec 5 minutes de pause entre chaque. L’analyse des données a été faite sur la moyenne de ces 3 essais.

Une deuxième cohorte d’hommes (similaire à la première en âge et aussi entrainés en résistance) a performé des squats avec haltères à 50, 80 et 100% du poids du corps. La cinétique de mouvement ainsi que l’EMG sur le grand fessier et le vaste latéral ont été analysés afin d’observer d’éventuelles différences entre le squat AEL sur Kineo et le squat traditionnel avec haltères.

Résultats

Il y a eu un effet significatif de l’augmentation de la charge sur les moments articulaires maximaux lors de la phase excentrique pour la hanche et le genou, mais pas pour la cheville. Un plateau dans les moments maximaux a été trouvé à 80% de charge pour la hanche et 120% de charge pour le genou.
Les analyses du travail articulaire excentrique ont montré un effet significatif de l’augmentation de la charge uniquement sur le genou, avec un plateau à 120% de la 1RM.
Pendant le squat traditionnel, les moments articulaires maximaux et le travail articulaire ont été plus importants en phase concentrique qu’en phase excentrique pour la hanche et le genou, ainsi que pour la cheville mais uniquement sur les moments articulaires. Les analyses ont identifié que le pic de travail d’extension de genou en concentrique et excentrique augmentait avec la charge jusqu’à 100% de la 1RM. Il en allait de même pour la hanche mais uniquement jusqu’à 60% de la 1RM.
Le moment articulaire maximal du genou dans la phase excentrique du squat AEL à 120% de la 1RM était significativement supérieur à celui développé en excentrique à 80%, mais significativement inférieur à celui développé en concentrique à 100% de la 1RM (pas de différence en dessous de 80% de charge lors de la phase concentrique).

Les analyses révèlent des changements dans l’évolution temporelle du développement du moment articulaire du genou au fur et à mesure que la charge augmente. Lorsque la charge externe augmente de 80 % à 120 % de la 1RM, le moment maximal de l’extension excentrique du genou augmente (17 %) puis se stabilise, avec un pic distinct vers la fin de l'amplitude du mouvement. De plus, à chaque augmentation de la charge, le développement du moment dans la première moitié du mouvement était plus important, ce qui a entraîné une augmentation de 37 % du travail entre l'essai à 80 % du 1RM et l'essai à 120 % du 1RM.

L’étude de l’EMG a permis d’identifier des pics d’activation plus importants pendant la phase concentrique que pendant la phase excentrique, à toute les charges, pour le grand fessier, le vaste latéral, le biceps fémoral et le gastrocnémien médial. L’activité EMG pendant la phase excentrique augmentait à mesure que la charge augmentait jusqu’à 100% pour le grand fessier et 80% pour le vaste latéral et le biceps fémoral. Il n’y a pas eu d’effets de l’augmentation de la charge excentrique sur l’activation du gastrocnémien médial.

Concernant la cinématique des amplitudes articulaires, il n’y a pas eu d’effets de l’augmentation de la charge sur les articulations du membre inférieur, que ce soit lors des phases concentriques ou excentriques. Cependant, le moment articulaire maximal de la cheville en concentrique s’est produit à un degré de flexion dorsale nettement supérieur à celui lors du moment maximal excentrique.

Enfin, la vitesse angulaire articulaire était supérieure pour toutes les articulations en concentrique par rapport à l’excentrique. Pour la hanche, la vitesse en concentrique et excentrique diminuait avec l’augmentation de la charge jusqu’à 80% de la 1RM, puis se stabilisait après cette valeur. Les mêmes résultats ont été trouvés pour la cheville jusqu’à 60% de la 1RM. Pour le genou, la vitesse diminuait jusqu’à 100% de la 1RM, seuil après lequel elle ne diminuait pas plus, même lors d’augmentation de la charge.

La comparaison entre le squat sur Kineo et le squat avec haltères n’a pas montré de différence significative sur l’amplitude de mouvement de la hanche, du genou et de la cheville
, et la charge externe n’a pas eu d’effets sur ces amplitudes. Cependant, il y a eu un effet modéré des variations de squat sur l’amplitude de mouvement du bassin ; une amplitude plus faible a été trouvé sur Kineo, en comparaison à un back squat et à un front squat.

Discussion

Bien que les augmentations des moments articulaires maximaux observés soient faibles, le développement du moment excentrique s’est produit plus tôt dans le mouvement au fur et à mesure de l’augmentation de la charge excentrique jusqu’à 150% de la 1RM. De plus, le vaste latéral est le muscle dont l’activité EMG augmente le plus en excentrique. Il semblerait donc que lors d’un squat AEL, les extenseurs de genou, plutôt que les extenseurs de hanche, soient les muscles subissant la plus grande charge (sous forme de moment articulaire maximal et de travail articulaire).

Une autre composante de cette étude était l’analyse cinématique ainsi que l’analyse de l’activité musculaire sur Kineo en comparaison à un squat traditionnel avec haltères. Pour la hanche, le genou et la cheville, les résultats suggèrent une amplitude de mouvement similaire entre squat sur Kineo et back squat. La différence de cinématique trouvée concerne le bassin : avec une amplitude de mouvement plus faible sur Kineo, les sujets montraient une diminution de l’inclinaison pelvienne postérieure dans une position cuisses parallèles au sol. L’activité EMG trouvée sur Kineo était plus proche de celle du front squat que du back squat, mais la différence n’étant pas significative, les auteurs suggèrent que tous les résultats trouvés sur Kineo devraient être applicables aux squats traditionnels, à condition que la charge soit appliquée de manière sûre.