| L'électrostimulation |
 |
 |
 |
|
Malgré l'intérêt considérable porté à l'électrostimulation à travers de nombreux et divers travaux fondamentaux et d'application, les conclusions apparaissent très disparates. Cette grande dispersion des résultats peut être considérée comme le reflet de l'extrême variété des conditions expérimentales mises en place. De ce fait, l'électromyostimulation reste encore problématique dans son application car les modalités optimales d'application de cette technique (choix des intensités, fréquences et durées des impulsions électriques, temps de travail et de repos) sont encore mal maîtrisées, et semblent relever bien souvent de l'empirisme. Ainsi l'application de l'électrostimulation musculaire (ES) à des fins thérapeutiques ou d'entraînement suppose que le praticien ou le sportif, puisse disposer d'un matériel suffisamment ouvert pour permettre un réel choix dans la forme de l'ES employée. Les types de générateurs de courant leurs fonctionnalités et les types de courants délivrés doivent être connus, le praticien doit aussi avoir en mémoire les structures et les fonctions des tissus qu'il va solliciter ainsi que leurs réponses élémentaires à une stimulation. Les applications de la neurostimulation électrique sont nombreuses : ES à visée antalgique, ES excitomotrice. Nous aborderons ici essentiellement les connaissances liées à la stimulation excitomotrice du muscle sain.
Principes :Lors de la stimulation électrique percutanée d'un muscle normalement innervé, les fibres musculaires ne sont pas recrutées directement, mais par l'intermédiaire des terminaisons nerveuses des nerfs moteurs. L'excitation des fibres nerveuses va alors dépendre de l'intensité et de la durée de la stimulation. A chaque intensité supérieure au seuil d'excitation de la membrane nerveuse, correspond une durée minimale d'application du stimulus électrique en dessous de laquelle aucun potentiel d'action n'est déclenché. L'intensité de la stimulation et sa durée minimale d'application sont liées par une loi hyperbolique ou loi de Weiss (relation intensité-durée), d'équation : I=Rh(Cr/t +1) Les termes Rh et Cr sont constants et représentent respectivement la rhéobase et la chronaxie. La rhéobase est l'intensité du courant au-dessous de laquelle la stimulation électrique n'est jamais effective, quelle que soit la durée du courant. La chronaxie correspond au temps pendant lequel doit être appliquée une intensité double de la rhéobase pour déclencher un potentiel d'action. t représentant la base de temps. Cette relation intensité-durée à la même forme pour tous les types de fibres nerveuses (mais aussi musculaires) et la mesure de la chronaxie est généralement utilisée pour caractériser leur excitabilité. La cellule est d'autant plus excitable que la chronaxie est courte, ainsi la chronaxie est de l'ordre de 0.3ms pour les fibres nerveuses myélinisées, 0.5ms pour les fibres nerveuses non myélinisées, et comprises entre 0.25 et 1ms pour les fibres musculaires striées squelettiques (Mercier 1992).
Electrodes de surface et positionnement :En électrostimulation, le choix de la taille des électrodes est dicté par l’objectif de la stimulation et par l'effet recherché, mais doit également tenir compte de la taille des muscles à stimuler (électrodes plus grandes pour le quadriceps que pour les muscles du bras par exemple). Malgré tout, on sait que la taille des électrodes peut améliorer ou diminuer la résistance au passage du courant. Une électrode de grande taille présente une impédance plus faible qu'une électrode ayant une faible surface de contact avec la peau (Moreno-Aranda et Seireg 1981). L'utilisation d'électrodes de petites tailles permet ainsi une stimulation très localisée mais la densité de courant alors importante peut entraîner des sensations désagréables. Inversement, de grandes électrodes seront plus confortables pour le sujet, mais la dispersion du courant va engendrer une diminution de l'effet moteur et rendra la stimulation moins spécifique, moins intense, et pourra entraîner la contraction de muscles voisins (Lawani 1993). En électrostimulation de surface, deux techniques de placement sont généralement utilisées : - la technique monopolaire : utilise une grande électrode dite de dispersion ou indifférente, placée sur une région autre que celle stimulée (généralement en regard du nerf moteur), et une ou deux électrodes plus petites, dites actives ou de stimulation, placées sur le muscle. La densité de courant importante, sous la ou les électrodes de stimulation, permet la génération de l'effet excito-moteur. - la technique bipolaire : deux électrodes, généralement de même taille, sont placées sur le muscle à exciter, une à la partie proximale et une à la partie distale. Dans ce cas, le flux de courant est plus restreint et les deux électrodes peuvent exciter le nerf si un courant biphasique est utilisé (Myklebust 1989). La distance inter-électrodes influe sur le degré de pénétration du courant dans le muscle. Plus les électrodes sont éloignées, plus la stimulation électrique est profonde (Duchateau 1992). Généralement pour ces deux techniques, les électrodes situées au niveau du muscle sont positionnées au niveau du ou des points moteurs. En effet, pour une intensité donnée, la contraction obtenue est plus importante si le stimulus est appliqué sur un point moteur. Un point moteur se définit comme étant la projection au niveau de la peau du point d'épanouissement du nerf à l'intérieur du muscle (Desmedt 1958). Des cartographies précises, donnant l'emplacement des points moteurs pour les muscles du corps humain ont été réalisées (figure 1) (Delagi 1980, Akplogan 2000). Les électrodes de surface nécessitent généralement une préparation de la peau afin de diminuer son impédance, et l'utilisation d'un gel de conduction pour permettre un meilleur transfert des charges électriques. L'ES par application d'électrodes de surface, est considérée comme une technique non invasive. Nous pouvons penser qu'une telle stimulation induit une dépolarisation des nerfs moteurs aussi bien dans le sens centrifuge que dans le sens centripète. De même il apparaît évident que les nerfs sensitifs sont aussi sollicités. Il semble alors extrêmement difficile de prévoir exactement les réactions musculaires en fonction du type de courant adressé. De ce point de vue il s'agit donc de disposer d'un voltage suffisant pour qu'il y ait une quantité de courant suffisante à passer à travers la barrière cutanée qui présente une impédance donnée.
L'impédance corporelle : correspond à l'impédance « estimée » par le stimulateur électrique, elle résulte de la combinaison des différentes impédances (électrodes, tissus…) traversées par le courant électrique. Les éléments isolants et faiblement conducteurs, comme la peau ou la graisse, qui vont isoler électriquement des éléments beaucoup plus conducteurs comme les électrodes et les fibres musculaires ou nerveuses, vont se comporter comme un condensateur biologique. L'impédance corporelle ne peut donc pas se représenter comme un simple circuit résistif et dépend d’une multitude de paramètres comme l’état de la peau, le pourcentage d’hydratation de la peau et de l’organisme, le pourcentage de masse adipeuse, la concentration en électrolytes, les changements hormonaux, la longueur du chemin conductif... (Lawani 1993, Malissard 1992). La connaissance de l'impédance permet de calculer l'énergie électrique dissipée au cours de la stimulation, Pour un certain nombre d'études relatives à l'optimisation des paramètres de la stimulation électrique (Gobelet 1992, Malissard 1992), l'un des critères important est la minimisation de l'énergie électrique dissipée. Si en rééducation, il est communément admis que cette minimisation correspond à l'utilisation d'une durée d'impulsion égale à la chronaxie (Gobelet 1992), il a été montré que ce résultat n'est valable que si le modèle électrique est purement résistif. Ainsi l’énergie électrique dissipée atteint un minimum pour des durées d’impulsion comprises entre 200 et 600µs (Malissard 1992).
Les électrostimulateurs :L'introduction sur le marché de stimulateurs électriques ayant des caractéristiques fonctionnelles souvent différentes d'un fabricant à l'autre pose à l'utilisateur un problème de choix. Le thérapeute, le praticien, le sportif doit pouvoir appliquer le mode de stimulation qui lui paraît le plus approprié en fonction de l'effet recherché. Les applications de la neurostimulation électrique sont nombreuses. Elles peuvent concerner le muscle sain du sportif pour lequel il est recherché une amélioration de force maximale, ou sur le muscle totalement ou partiellement dénervé afin de luter contre l'amyotrophie. Un traumatisme articulaire, un épisode chirurgical, une immobilisation plâtrée sont également des situations courantes pour lesquelles la stimulation électrique des muscles est utile à la préservation de la fonction musculaire ou à la consolidation des territoires lésés. La stimulation électrique peut également être associée à une information de type biofeedback ou plus exactement myofeedback pour l'apprentissage ou le réapprentissage de fonctions musculaires perturbées. L'utilisation de courants appropriés permet dans d'autres cas d'application d'obtenir un effet antalgique. La grande majorité des appareils disponibles sur le marché sont dédiés a une application particulière (courants antalgiques, excito-moteurs). Les applications proposées et par conséquent les types de matériel et de courants utilisés sont loin d'avoir été systématiquement validés par une recherche. Souvent les études et expérimentations entreprises, sont fonction des possibilités offertes par l'appareillage dont l'expérimentateur dispose. Les informations obtenues en électrostimulation (ES) se présentent alors comme un gigantesque puzzle. Il est alors nécessaire de connaître les fonctionnalités des stimulateurs et les types de courant que tout chercheur ou thérapeute peut avoir à disposition.
Courants exito-moteurs :Deux grands types de générateurs sont à considérer pour l’application d’une stimulation électrique, les stimulateurs à voltage constant d'une part et les stimulateurs à courant constant d'autre part. Pour ces derniers, encore appelés générateurs de courant, toute modification d'impédance s'accompagne d'une variation de voltage de manière à ce que l'intensité délivrée soit constante, ce qui permet de délivrer un courant relativement stable, alors qu’avec un générateur à voltage constant, compte tenu de l'effet capacitif de la peau, le courant réellement transmis diminue au fil du temps.
Intensité et durée de stimulation :Le recrutement des fibres musculaires, par l’intermédiaire de la stimulation des fibres nerveuses, est lié à l'intensité et à la durée d'impulsion du courant de stimulation (loi de Weiss). Une fois le seuil d'excitation atteint, le nombre de fibres recrutées croît quand l'un ou l'autre de ces paramètres augmente, jusqu'à ce que toutes les fibres potentiellement excitables soit recrutées Compte tenu des caractéristiques d'excitabilité des fibres nerveuses, on considère que le muscle est entièrement recruté si le fait d'augmenter l'intensité de la stimulation ne s'accompagne pas d'un accroissement de la force (Latasch 1994).En électrostimulation de surface, la zone de saturation est plus facilement observée en faisant varier la durée d'impulsion que l'intensité du courant, ce qui met en évidence deux modes de recrutement différents. Lorsque l'intensité reste constante, la profondeur à laquelle le courant pénètre à travers les tissus reste constant, le nombre de fibres traversées par un courant supérieur à la rhéobase est alors limité. Quand la durée d'impulsion augmente, le courant seuil diminue selon la loi de Weiss et le nombre de fibres effectivement excitées augmente. A partir d'une certaine valeur de durée d'impulsion, toutes les fibres potentiellement excitables sont recrutées et la force électro-induite ne peut donc augmenter. Si l'intensité de stimulation augmente, la diffusion du courant jusqu'à une profondeur plus grande permet d'exciter un nombre supérieur de fibres, d'autant plus important que la durée d'impulsion est élevée, car le seuil est alors plus bas (Malissard 1992). En stimulation électrique de surface, les durées d'impulsions sont généralement comprises entre 200 et 1000µs (Duchateau 1992). Fréquence de stimulation : Les fréquences couramment utilisées en stimulation électrique sont de trois types : - les très basses comprises entre 0 et 10 Hz - les basses fréquences situées entre 10 et 800 Hz - les moyennes fréquences comprises entre 800 et 4000 Hz. Cette classification est essentiellement à caractère fonctionnel, les très basses fréquences sont souvent retenues pour leur effet antalgique, les basses fréquences pour leur effet excito-moteur. L'avantage des moyennes fréquences réside essentiellement dans la moindre sensation cutanée provoquée par le passage du courant, cependant ces courants ne permettent pas d'obtenir une bonne contraction musculaire sans avoir à augmenter considérablement l'intensité (Lacourse et al. 1985, Moreno-Aranda et Seireg, 1981). Il a donc été proposé une association des moyennes et basses fréquences pour obtenir un compromis acceptable entre sensation et contraction. Un courant de moyenne fréquence par exemple 2500 Hz est lui-même découpé par une basse fréquence de 50 Hz, dans ce cas la durée d'impulsion maximale autorisée est évidemment liée à la période de la moyenne fréquence, dans notre exemple 1/2500 soit inférieure à 400 ms. Ce type de courant est généralement connu sous le nom de courant de Kotz.
Ordre de recrutement des différentes unités motrices :Depuis les expériences menées chez l'animal (Henneman et al. 1965), nous savons que les unités motrices (UM) d'un muscle sont mises en jeu lors d'une contraction volontaire, selon une séquence rigide. En effet, les petites UM à seuil de recrutement bas (type ST) sont activées avant les grandes UM à seuil plus élevé (type FT). Cet ordre de recrutement en fonction de la taille des UM est habituellement appelé principe de grandeur ou principe de la taille. Plusieurs études ont confirmé ce principe sous différentes conditions chez l'homme : non seulement pour des contractions lentes (Milner-Brown et al., 1973) mais également pour des contractions balistiques (Desmedt et Godaux, 1977), en contraction isométrique (Thomas et al. 1987), lors de variations linéaires ou rapides de la force de contraction (De Luca et al.1982), ainsi que lors de conditions dynamiques en général (Thomas et al. 1987). Il est d'autre part intéressant de souligner que ce principe n'est pas modifié par l'entraînement (Duchateau et Hainaut, 1988), ni par une période d'immobilisation (Duchateau et Hainaut, 1992). Lorsqu'un muscle est activé artificiellement par électrostimulation, il semblerait logique que l’ordre de recrutement des UM soit différent de celui observé lors des conditions naturelles d'activation. En effet, comme nous l'avons vu auparavant, si le système neuromusculaire est intact, l'électrode de stimulation, placée au-dessus du muscle, déclenche l'excitation des fibres musculaires par l'intermédiaire des terminaisons axonales et non pas par les fibres musculaires directement. Différents paramètres influencent l'ordre de recrutement des fibres nerveuses le premier étant le diamètre des axones en effet, leur excitabilité est proportionnelle à leur diamètre (Solomonow, 1984). Cela signifie que les plus grosses UM sont activées avant les plus petites et donc que l'ordre de recrutement des UM est inversé par rapport à une activation volontaire du muscle. Néanmoins, lorsque, comme chez l'homme, les électrodes sont placées sur le muscle, il convient de tenir compte également d'autres paramètres comme la distance séparant l'électrode de stimulation de l'axone. Dans ces conditions, la stimulation a en effet tendance à favoriser l'excitation des axones les plus proches de l'électrode. Sur la base d'études anatomiques, il a été montré que ce sont les UM de gros diamètre qui sont le plus souvent situées superficiellement dans le muscle et donc plus près de l'électrode de stimulation (Lexel et al., 1983). De plus, l'électrostimulation met en jeu des récepteurs cutanés dont on sait qu'ils favorisent le recrutement des plus grandes UM au détriment des plus petites (Garnett et Stephens, 1981; Kanda et Desmedt, 1983).
De même, Snyder-Macler et al. (1993), sur le quadriceps fémoral. ont rapporté une répartition d'environ 40 % de fibres I et 60 % de fibres Il, ces dernières étant situées majoritairement en surface. Ainsi, l'électrostimulation provoquerait un recrutement dont la tendance serait de recruter préférentiellement les grosses unités motrices (Duchateau et Hainault 1988).
Bibliographie :AKPLOGAND B. – 2000. Points moteurs du membre pelvien : étude anatomo-physiologique et application à la rééducation des traumatismes du membre inférieur. 113p. Thèse, Université B. Pascal. BOSQUET L. – 1996. L’électrostimulation : une revue. Science et motricité. n° 29-30, p.12-21 COUTURIER A. – 1999. Quantification du travail musculaire électro-induit en stimulation intermittente. Étude comparative de la fatigue induite par un signal à fréquence fixe ou variable. Thèse, Université C. Bernard. DUCHATEAU J. – 1992. Principe de l’électrostimulation musculaire et recrutement des différents types de fibres. Science et motricité n°16, p.18-24. KNAFLITZ M., & Coll. – 1990. Inference of motor unit recruitment order in voluntary and electrically elicited contractions. J. Appl. Physiol. Vol.68 n°4, p.1657-1667. MAITRE S., & Coll. – 2001. Exercice répété sur presse inclinée : influence de la récupération par électrostimulation sur la fatigue et la lactatémie sanguine. 3ème Colloque de Biologie de l’exercice Musculaire. MERCIER J. – 1992. Bases électriques et biochimiques du fonctionnement du nerf et du muscle. Électrostimulation des nerfs et des muscles. Pelissier J. et Roques C.F. Masson, Vol.22 P.1-16. SNYDER-MACKLER S., & Coll. – 1993. Fatigability of human quadriceps femoris muscle following anterior cruciate ligament reconstruction. Med. Sci. Sports Exerc. Vol.25 n°7 p.783-789.
|
