Adaptations neuromusculaires du tronc dans différents contextes de perturbations mécaniques et physiologiques

Abstract

La stabilité posturale est constamment défiée, parfois de façon inattendue, par des perturbations externes appliquées dans différentes directions (exemple : glisser) déclenchant continuellement des ajustements posturaux. Lorsque la colonne vertébrale est soumise à ce type de perturbations externes attendues ou inattendues, des réponses neuromusculaires, telles que les réflexes provoquant une contraction musculaire, contribuent au maintien de la posture. Cependant, il est connu que ces réponses peuvent être influencées par la présence de fatigue musculaire, de fluage des tissus passifs du rachis ou encore de douleur expérimentale lombaire. Des résultats contradictoires ont toutefois été observés entre les différentes études ayant exploré la question, rendant la caractérisation des réponses neuromusculaires du tronc difficile. De plus, des adaptations neuromusculaires, telles qu’une atténuation du réflexe de contraction musculaire ou encore une diminution des oscillations posturales, suivant la répétition d’une même perturbation externe inattendue ont également été rapportées dans la littérature. Ces observations suggèrent que le système nerveux central est capable de moduler les réponses neuromusculaires en fonction d’une expérience passée de perturbation externe, même dans un mode de contrôle réactif. Cela soulève la question de savoir si, basé sur une expérience antérieure, le système nerveux central sera capable de générer des réponses motrices adéquates lorsque la stabilité vertébrale est altérée par l’influence de fatigue musculaire, de douleur expérimentale lombaire ou encore de fluage des tissus passifs du rachis. L’objectif principal de cette thèse était d’identifier et caractériser les adaptations motrices chez des individus sains lorsqu’ils devaient faire face à des perturbations inattendues du tronc dans différents contextes (fatigue musculaire du dos, fluage des tissus passifs du rachis et douleur expérimentale lombaire). Des individus sains ont été recrutés pour participer à trois différents protocoles expérimentaux. Lors de chaque protocole, les participants étaient soumis à plusieurs perturbations externes inattendues du tronc. [1] 15 perturbations avant et après un protocole de fatigue musculaire des extenseurs du dos, [2] 15 perturbations avant et après une flexion prolongée du dos pour induire du fluage des tissus passifs du rachis et [3] 15 perturbations avec et sans présence de douleur expérimentale lombaire. Les adaptations neuromusculaires du tronc ont été mesurées à l’aide d’électromyographie à haute-densité et d’analyse du mouvement du tronc. Les résultats de cette thèse montrent que les participants adaptent leurs réponses neuromusculaires du tronc différemment en fonction du contexte ([1], [2] ou [3]) auquel ils sont soumis. Sous l’influence de fatigue musculaire, les adaptations neuromusculaires suite à la répétition d’une même perturbation posturale externe inattendue, telles que l’atténuation du réflexe d’activation musculaire, sont altérées. À l’inverse, la présence de douleur expérimentale lombaire ou encore de fluage des structures passives du rachis ne modifie la capacité des participants à adapter leurs réponses neuromusculaires du tronc.

Ces projets de recherche ont été subventionnés par le Conseil de Recherches en Sciences Naturelles et Génie du Canada (CRSNG) sous la forme d’une bourse d’étude doctorale et du programme de subvention à la découverte.

Postural stability is continuously challenged, sometimes suddenly, by external forces applied in many directions and continuously triggering postural adjustments. When spinal stability is challenged by a sudden external perturbation, neuromuscular responses occur, such as reflexes, in order to maintain a certain performance level in everyday functional tasks. Such neuromuscular responses have also been investigated under the influence of muscle fatigue, as well as spinal tissue creep and experimental low back pain. However, contradictory results have been observed between studies making it difficult to characterize the neuromuscular responses of trunk. Neuromuscular adaptations, such as attenuation of reflex activation, have also been observed across the repetition of the same unexpected external perturbations. This suggest that the central nervous system (CNS) is able to adapt neuromuscular responses based on a previous experience of an external perturbation even when it is unexpected. This raise the question whether, based on a previous experience, the CNS will be able to generate proper motor responses when spinal stability is challenged by the influence of experimental back pain, muscle fatigue, or spinal tissue creep. Therefore, the main objective of this thesis was to identify and characterize motor adaptations in healthy participants when they are submitted to unexpected trunk perturbations in different contexts (back muscle fatigue, spinal tissue creep, and experimental back pain). Healthy participants were recruited through three different studies. Participants were submitted to 30 sudden external perturbations before and after a protocol of low back muscle fatigue (study 1), or before and after a spinal tissue creep deformation (study 2), or with and without experimental low back pain (study 3). Trunk neuromuscular responses were measured using high-density surface electromyography and trunk motion analysis. The results of this thesis show that participants were able to adapt their neuromuscular responses using different strategies. Participants were able to attenuate reflex responses when experiencing a series of unexpected trunk perturbations under the influence of creep deformation or experimental back pain. On the other hand, the lack of erector spinae EMG reflex attenuation across perturbation trials was observed under the influence of muscle fatigue. These projects were funded through the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) in the form of both a scholarship and a discovery grant.