Relationship between Strength Level and Pedal Rate

SYNTHESE  

La première étude se base sur l’hypothèse de Marsh et Martin (1997) qui suggère que le choix de la cadence de pédalage pourrait être dépendante des propriétés contractiles des muscles des membres inférieurs. Notre étude rend compte de la relation entre un niveau de force maximal et la cadence de pédalage, chez des sujets spécialistes en cyclisme. Un groupe composé de 18 cyclistes entraînés a réalisé un premier test évaluant la force maximale isocinétique des membres inférieurs à partir d’un ergomètre isocinétique. Lors d’une seconde session, les sujets ont effectué un test incrémental visant à évaluer leur capacité maximale aérobie sur ergocycle. Enfin, cinq exercices courts et consécutifs de pédalage, à différentes cadence (4 min par cadence ; 50, 60, 70, 90, 110 rev.min-1 et cadence librement choisie) et à une puissance de sortie correspondant au premier seuil ventilatoire, ont été réalisés lors d’une troisième session. Lors de ce dernier test, les paramètres cardio-respiratoires, neuromusculaires (EMG des muscles vastus lateralis et biceps femoris) et cinématique (cadence de pédalage) ont été enregistrés. Le principal résultat de cette étude montre que, contrairement à l’hypothèse émise par Marsh et Martin (1997), le choix d’une cadence de pédalage ne dépend pas du niveau de force maximal des membres inférieurs chez des sujets spécialistes entraînés, mais de la capacité maximale aérobie. Le niveau de force est cependant corrélé avec les valeurs de cadence correspondant aux optima énergétique et neuromusculaire. La corrélation négative entre la cadence énergétiquement optimale et le niveau de force maximal des membres inférieurs peut alors être expliquée à partir des variations du patron de recrutement des fibres musculaires. En effet, le faible coût énergétique associé aux faibles cadences est classiquement expliqué à partir de l’utilisation préférentielle des fibres de type I dont l’efficience énergétique est élevée contrairement aux fibres II. Ainsi, les sujets présentant de hautes valeurs de force maximale des membres inférieurs appliqueraient une force sur les pédales correspondant à un faible pourcentage de leur capacité maximale de force, induisant un recrutement préférentiel des fibres de type I plus économiques énergétiquement. Au contraire, les sujets dont les valeurs de force maximale sont plus faibles sont obligés d’augmenter la cadence de pédalage pour diminuer la force appliquée sur les pédales, les obligeant à recruter un pourcentage plus important de fibres de type II, énergétiquement moins économiques. Nous émettons alors l’hypothèse que l’élévation du coût énergétique avec la cadence de pédalage chez les sujets « forts » serait principalement due à une augmentation du travail interne et/ou ventilatoire alors que, pour les sujets « faibles », la relation entre la cadence et le coût énergétique dépendrait à la fois de la force appliquée sur les pédales et du travail interne et/ou ventilatoire. Cette première étude nous permet d’exclure les propriétés contractiles musculaires mesurées à partir d’un ergomètre isocinétique comme facteur principal du choix de la cadence de pédalage chez des P a g e | 70 Étude 1 : Relation entre le niveau de force et la cadence de pédalage sujets spécialistes entraînés. Cependant, la cadence de pédalage est la résultante finale d’un ensemble d’adaptations physiologiques et biomécaniques liées aux contraintes de l’exercice. Ces adaptations peuvent alors avoir lieu à différents étages de la commande motrice et, notamment, au niveau de l’organisation neuromusculaire, comme le suggère l’étude de Ting et al (1999). Ainsi, une adaptation cinématique identique peut résulter d’une organisation neuromusculaire différente en fonction du niveau de force maximale.

Étude 2 : Activation musculaire en cyclisme à différentes cadences : effet du niveau de force maximale 

 SYNTHESE 

 Cette seconde étude tente de caractériser le rôle des propriétés musculaires sur les plans de coopération EMG des muscles des membres inférieurs au cours d’un exercice de pédalage à plusieurs cadences. L’objectif principal est d’approcher indirectement la façon dont le système nerveux central répond aux contraintes anatomiques et mécaniques qui lui sont imposées. Dans un premier temps, deux groupes de 12 sujets entraînés en cyclisme ont été formés à partir des niveaux de force maximale des membres inférieurs (Groupes Fmin : faible valeur de force maximale volontaire isocinétique et Fmax : haute valeur de force maximale volontaire isocinétique). Dans un second temps, trois exercices de pédalage court consécutifs, à différentes cadences de pédalage (4 min par cadence ; 50, 110 rev.min-1 et cadence librement choisie) et à une puissance de sortie correspondant à 80 % du premier seuil ventilatoire ont été réalisés. Les résultats montrent que le niveau de force maximal des muscles des membres inférieurs influence les plans de coopération musculaire lors d’un exercice de pédalage. Cette influence du niveau de force maximal varie en fonction de deux paramètres : la cadence de pédalage et la fonction anatomique du muscle sollicité. En effet, à chaque cadence, les sujets dont les valeurs de force maximale sont les plus faibles présentent une activité EMG du vastus lateralis deux fois supérieures à l’autre groupe. Ceci peut être interprété par le fait que pour les sujets plus faibles, la force moyenne appliquée sur les pédales correspondrait à un pourcentage supérieur de leur capacité de force maximale nécessitant une activité neuromusculaire supérieure. De plus, ce résultat n’affecte que les muscles mono-articulaires utilisés lors de la phase d’extension. Concernant les plans de coopération musculaire, seule les cadences élevées permettent d’observer des modifications liées au niveau de force maximale des membres inférieurs. Ces modifications se traduisent par une activation plus précoce pour les sujets présentant de hautes valeurs de force maximale, seulement sur le biceps femoris et le rectus femoris. Il apparaît donc que le niveau de force musculaire influence les plans de coopération uniquement pour les muscles bi-articulaires et seulement pour des cadences supérieures à la cadence librement choisie. Les études 1 et 2 montrent que lors d’un exercice de locomotion porté sans fatigue musculaire, le choix d’une cadence de pédalage ne dépend pas directement des propriétés musculaires. Cependant, bien qu’aucun lien direct ne puisse être établi entre ces propriétés et le choix de la cadence, l’observation des plans de coopération montre que l’organisation neuromusculaire pour une même cadence varie avec le niveau de force musculaire. Ces adaptations sont toutefois dépendantes du rôle fonctionnel du muscle sollicité ainsi que de la vitesse d’exécution du geste. Lors de ces deux premières études, les sujets ont été placés dans des situations où l’exercice de locomotion était de très courte durée. On peut alors supposer que la fatigue musculaire généré par ces exercices est négligeable et P a g e | 81 Étude 2 : Activation musculaire en cyclisme à différentes cadences : effet du niveau de force maximale n’est pas la cause principale des adaptations observées. Ainsi, en nous appuyant sur les travaux observant d’autres modes de locomotion tels que la marche ou la course à pied (Hannon et al, 1985 ; MacIntyre et al, 1987) nous pouvons envisager un effet de la fatigue musculaire sur les adaptations du patron locomoteur lors d’un exercice de pédalage. L’objectif des travaux expérimentaux suivants est alors d’observer les adaptations énergétiques, neuromusculaires et cinématique lors d’un exercice de pédalage suite à différents exercices induisant une altération musculaire liée à la fatigue.