Que faut-il savoir des muscles abdominaux et dorsaux ?

Les muscles fonctionnent comme un accordéon

Un grand nombre de gènes sont responsables de la formation, la structure en la fonction de l’ensemble des muscles squelettiques qui forment environ 40% du poids corporel. Parce que ces muscles sont composés de protéines de collagène et de titine^1,2,3 ils fonctionnent comme un accordéon. Pour que les articulations puissent assumer des poses particulières dans l’espace ou effectuer des activités bien précises, les muscles doivent avoir la capacité de se contracter avec force ou moins de force pour ensuite se détendre à nouveau. Ainsi, par exemple, le tonus développé dans les muscles dorsaux et abdominaux au moment que nous nous penchons ou que nous soulevons des objets, sont différents de celui qui est nécessaire pour tout simplement nous tenir debout ou sauter^4,5. Ces diverses tensions musculaires exercent de grandes forces variables sur les vertèbres, mais surtout sur les discs intervertébraux.

Les muscles offrent de la stabilité, de la mobilité et de la protection aux discs intervertébraux
Nous sommes des mammifères marchant debout. Pour pourvoir continuer à exercer toutes nos activités (notamment professionnelles), il est essentiel que notre colonne vertébrale ait la capacité de bouger (voir blog ‘Colonne vertébrale’), mais puisse en même temps continuellement se stabiliser. Pour cette raison, les grands muscles du dos et du ventre doivent fournir un effort continuel important (ce qui se fait inconsciemment). Ils le font avec la même intensité que les muscles de la cuisse et du mollet qui empêchent que nos genoux ou nos chevilles se plient sous notre poids corporel^5,6.

De nombreux patients souffrant de toutes sortes d’affections musculaires ont beaucoup de peine à stabiliser leur colonne vertébrale, et à plus forte raison de la bouger d’une manière contrôlée. Les muscles du ventre et du dos sont, en plus, responsables de la distribution des charges sur la colonne vertébrale de manière à pouvoir ainsi protéger tant les vertèbres que les disques intervertébraux contre d’éventuelles lésions^7,8,9. Sans une synergie parfaite entre les muscles dorsaux et abdominaux, des problèmes surgiront tôt ou tard dans les structures susmentionnées.

Point faible des muscles : elles se fatiguent vite
Si l’on considère l’effort que doivent fournir les muscles (ce dont nous ne nous apercevons pas !) pour pouvoir exercer des activités dynamiques, comme se tenir debout, être assis, tourner, se pencher et lever des poids, il n’est pas étonnant que nos muscles dorsaux se fatiguent bien vite.

La vitesse avec laquelle la fatigue survient dépend de la quantité de corpuscules produisant de l’énergie (les mitochondries) dans les cellules musculaires10. La quantité de mitochondries diffère d’une personne à l’autre et dépend de facteurs génétiques. Voilà une des principales explications du fait que certaines personnes se fatiguent dès la moindre activité.

La fatigue musculaire diminue le contrôle des mouvements

Lorsque les muscles se fatiguent, des changements surviennent dans le métabolisme. Parce qu’à ce moment ils accumulent davantage de déchets, non seulement ils se contractent moins efficacement^11,12,13, mais, en plus, le contrôle central provenant du cerveau pourra moins efficacement régler et stimuler leur force de contraction¹⁴. Pour cette raison, ils éprouvent plus de difficulté à coordonner et contrôler les mouvements^15,16, ce qui peut nuire à la stabilité du dos et engendrer par la suite des difficultés à exercer correctement les activités professionnelles^17,18,19. Au niveau du bas du dos, la fatigue musculaire peut provoquer en plus des douleurs, mais la fatigue et la douleur musculaires sont rarement la cause de douleurs permanentes dans le bas du dos. Ce n’est donc pas une raison pour que quelqu’un devienne un patient chronique du dos. Pour trouver la vraie cause, on examine au laboratoire quelles sont les forces qui doivent être exercées sur la colonne vertébrale pour causer au niveau des vertèbres et les discs intervertébraux²⁰ des lésions pouvant être la source de douleurs chroniques.

Qu’est qui se passe lorsque p. ex. nous restons debout, nous nous penchons ou soulevons un poids ?

Lorsque vous vous tenez bien debout, vous constatez que vos muscles dorsaux se raccourcissent un peu. Le bas de votre dos s’étire d’environ 12°, ²¹. Lorsque vous vous penchez pour ramasser quelque chose, vos muscles dorsaux s’étirent et doivent donc développer une grande force afin de se soustraire à l’influence de la force gravitationnelle sur la partie supérieure du corps^4,22. On peut donc facilement comprendre que les muscles du dos doivent faire plus d’effort lorsque nous nous penchons que lorsque nous nous tenons debout^23,24,25,26. Lorsque nous modifions l’angle de notre bas dos de 30° à 70°, la force musculaire maximale augmente d’environ 18%²⁷.
Les personnes qui doivent souvent se pencher et soulever des poids, éprouveront plus vite une fatigue musculaire, ce qui les contraint à plier davantage leur dos. C’est surtout le cas pour les personnes dotées de moins de protéines élastiques et qui manquent donc de souplesse naturelle et de mobilité dorsale^25,28. Celles qui exercent un métier lourd et contraignant pour le dos, comme p. ex. le personnel infirmier, les mineurs, dockers etc., mais qui sont dotées d’un dos souple et agile, éprouvent rarement des douleurs du dos²⁹.

Les muscles du dos qui ne sont pas constamment activés s’engraissent

Grâce à la technologie du scanner magnétique, on a pu démontrer qu’environ 15% des adolescents présentent un excès de graisse dans le muscle principal du bas du dos, notamment le muscle multifide. Ce pourcentage atteint même les 81% pour les personnes dans la quarantaine³⁰. La présence de graisse dans les muscles dorsaux est due, en plus, au manque d’activités physiques et à la ‘digibésité’ croissante (Fig. 1).
Lorsqu’on ne fait pas usage de ses fibres musculaires, celles-ci se transmuent en graisse³¹. Cette transmutation ne semble avoir aucune influence sur les mouvements du dos³². Lorsque la graisse fait également irruption dans les installations énergétiques des cellules musculaires (mitochondries), la production d’énergie (ATP) diminue fortement (Fig. 2). Pour cette raison, les muscles ne parviennent plus à répartir proportionnellement leur forces agissant sur les discs intervertébraux, ce qui peut provoquer des crises périodiques de douleur dans le bas du dos³⁰.

^{Figure n°1. Image obtenue par microscope électronique – agrandie de 7000 x – personne de 36 ans sans douleurs du dos. De nombreuses fibres musculaires contiennent des gouttes de graisse.(Declerck, Narula, Kakulas, NeuroMuscular Pathology, Perth, Western Australia - X90/370, EM 90/55, 90/1917, F, 36 ans)}

^{Fig. 2 Image obtenue par microscope électronique d’un petit organe produisant de l’énergie (= une mitochondrie) dans le principal muscle dorsal (musculus multifidus) – agrandie de 57.000 fois – chez une personne de 40 ans. On voit l’ ‘invasion’ des gouttes de graisse. Declerck, Narula, Kakulas, NeuroMuscular Pathology, Perth, Western Australia - X90/368, EM90/56, M, 40 ans)}

L’exercice et une bonne condition physiques n’empêchent pas la fatigue musculaire et la douleur dans le bas du dos.

Tout le monde peut profiter du grand avantage d’être en bonne condition physique et de construire et entretenir de bons muscles dorsaux. Cependant, des muscles dorsaux bien solides n’offrent pas la garantie absolue de prévenir les douleurs du dos^{29,33,34,35,36,37}. Des personnes en bonne condition physique ne récupèrent pas nécessairement de manière plus rapide après avoir eu un accès de douleur dans le bas du dos³⁸. En plus, des programmes d’exercice physique n’offrent pas la certitude de ne jamais développer des douleurs dans le bas du dos³⁰. Bien évidemment, par l’exercice physique régulier on stimulera l’irrigation sanguine et le métabolisme musculaire, et probablement on activera aussi les mitochondries (restantes), ce qui contribuera à supprimer la fatigue.

Est-ce que les athlètes souffrent moins souvent de douleurs dans le bas du dos que les non-sportifs ?

Non ! En général, les athlètes ne souffrent pas moins souvent de douleurs dans le bas du dos que les non-sportifs. De ce constat on peut conclure que l’exercice physique pourrait peut-être augmenter la résistance contre le développement des douleurs dans le bas du dos, mais ces exercices n’empêcheront pas vraiment les accès de douleurs ou les lésions dorsales. D’ailleurs, les sports exigeants comme l’haltérophilie ou la gymnastique comportent un risque augmenté d’encourir plus rapidement des lésions des vertèbres et une dégénération discale. La course à pied par contre ne comporte aucun risque de douleurs dans le bas du dos ou de dégénération discale^40,41,42

Les muscles du dos aussi vieillissent.
La solidité et la force des muscles dorsaux atteignent leur maximum entre l’âge de 30 et 40 ans. Cependant, 50 à 60 % se perdront lorsque nous continuons à vieillir43. N’importe la nature ou l’intensité des activités exercées, le processus de vieillissement non seulement diminue la masse musculaire, il mènera en plus à une capacité de contraction moins puissante et plus lente parce que les muscles se fatiguent plus rapidement. Ces phénomènes, ainsi que l’engraissement des nombreuses fibres musculaires, se nomment ‘sarcopénie’.

Les graves blessures des muscles du dos sont extrêmement rares

Une activité contre-naturelle, intense et extrême, comme p. ex. le travail prolongé en position penchée, peut engendrer la raideur et la douleur musculaire, voire même de légères lésions^{44,45,46,47,48,49}. Cependant, il faut des circonstances exceptionnelles et traumatisantes, p. ex. une accident de voiture causant des fractures vertébrales, pour provoquer des déchirures sérieuses des muscles dorsaux. Heureusement, les muscles du dos sont très bien irrigués en sang et ont une capacité métabolique très élevée, de manière à pouvoir se régénérer et récupérer très rapidement⁵⁰. D’ailleurs, les cellules de souche du tissu musculaire, nommées souches ‘myogènes progénitrices’ seront activées pour produire de nouvelles fibres musculaires^51,52,53.

Un blog suivant devrait éclaircir pourquoi des douleurs musculaires prolongées dans le bas du dos sont une indication d’autres problèmes.

Références

¹ Trotter JA, ‘Functional morphology of force transmission in skeletal muscle. A brief review’,
Acta Anat, 1993, 146:205
² Prado LG, Makarenko I, Andresen C et al., ‘Isoform diversity of giant proteins in relation to passive and active contractile properties of rabbit skeletal muscles’,
J Gen Physiol, 2005, 126:461
³ Buckingham M, Rigby PW, ‘Gene regulatory networks and transcriptional mechanisms that control myogenesis’,
Dev Cell, 2014, 28:225
⁴ Dolan P, Adams MA, ‘The relationship between EMG activity and extensor moment generation in the erector spinae muscles during bending and lifting activities’,
J Biomech, 1993, 26:513
⁵ Stokes IA, Gardner-Morse M, Henry SM et al., ‘Decrease in trunk muscular response to perturbation with preactivation of lumbar spinal musculature’,
Spine, 2000, 25:1957
⁶ Alexander RM, ‘Elastic mechanisms in animal movement’,
Cambridge University Press, Cambridge, 1988
⁷ Trafimow JH, Schipplein OD, Novak GJ et al., ‘The effects of quadriceps fatigue on the technique of lifting’,
Spine, 1993, 18:364
⁸ Dolan P, Adams MA, ‘Repetitive lifting tasks fatigue the back muscles and increase the bending moment acting on the lumbar spine’,
J Biomech, 1998, 31:713
⁹ van Dieën JH, van der Brug P, Raaijmakers TA et al., ‘Effects of repetitive lifting on kinematics. Inadequate anticipatory control or adaptive changes?’,
J Mot Behav, 1998, 30:20
¹⁰ Glancy B, Hartnell LM, Malide D et al., ‘Mitochondrial reticulum for cellular energy distribution in muscle’,
Nature, 2015, 523:617
¹¹ Bigland-Ritchie BR, Cafarelli E, Vøllestadt NK, ‘Fatigue Fatigue of submaximal static contractions’,
Acta Physiol Scand, 1986, 556 (Suppl):137
¹² Bigland-Ritchie BR, Dawson NJ, Johansson RS et al., ‘Reflex origin for the slowing of motoneurone firing rates in fatigue of human voluntary contractions’,
J Physiol, 1986, 379:451
¹³ Stuart M, Butler JE, Collins DF et al., ‘The history of contraction of the wrist flexors can change cortical excitability’,
J Physiol, 2002, 545:731
¹⁴ Gandevia SC, Allen GM, Butler JE et al., ‘Supraspinal factors in human muscle fatigue. Evidence for suboptimal output from the motor cortex’,
J Physiol, 1996, 490:529
¹⁵ Taimela S, Kankaanpää M, Luoto S, ‘The effect of lumbar fatigue on the ability to sense a change in lumbar position. A controlled study’,
Spine, 1999, 24:1322
¹⁶ Björklund M, Crenshaw AG, Djupsjöbacka M et al., ‘Position sense acuity is diminished following repetitive low-intensity work to fatigue in a simulated occupational setting’,
Eur J Appl Physiol, 2000, 81:361
¹⁷ Davidson BS, Madigan ML, Nussbaum MA, ‘Effects of lumbar extensor fatigue and fatigue rate on postural sway’,
Eur J Appl Physiol, 2004, 93:183
¹⁸ Madigan ML, Davidson BS, Nussbaum MA, ‘Postural sway and joint kinematics during quiet standing are affected by lumbar extensor fatigue’,
Hum Mov Sci, 2006, 25:788
¹⁹ Vuillerme N, Anziani B, Rougier P, ‘Trunk extensor muscles fatigue affects undisturbed postural control in young healthy adults’,
Clin Biomech, 2007, 22:489
²⁰ Takahashi I, Kikuchi S, Sato K et al., ‘Mechanical load of the lumbar spine during forward bending motion of the trunk-a biomechanical study’,
Spine, 2006, 31:18
²¹ Adams MA, Dolan P, Hutton WC, ‘The lumbar spine in backward bending’,
Spine, 1988, 13:1019
²² Anderson CK, Chaffin Db, Herrin GD et al. ‘A biomechanical model of the lumbosacral joint during lifting activities’,
J Biomech, 1985, 18:571
²³ McNeill T, Warwick D, Andersson G et al., ‘Trunk strengths in attempted flexion, extension, and lateral bending in healthy subjects and patients with low-back disorders’,
Spine, 1980, 5:529
²⁴ Macintosh JE, Bogduk N, Pearcy MJ, ‘The effects of flexion on the geometry and actions of the lumbar erector spinae’,
Spine, 1993, 18:884
²⁵ Dolan P, Earley M, Adams MA, ‘Bending and compressive stresses acting on the lumbar spine during lifting activities’,
J Biomech, 1994, 27:1237
²⁶ Dolan P, Mannion AF, Adams MA, ‘Passive tissues help the back muscles to generate extensor moments during lifting’,
J Biomech, 1994, 27:1077
²⁷ Mannion AF, Dolan P, ‘The effects of muscle length and force output on the EMG power spectrum of the erector spinae’,
J Electromyogr Kinesiol, 1996, 6:159
²⁸ Dolan P, Adams MA, ‘Influence of lumbar and hip mobility on the bending stresses acting on the lumbar spine’,
Clin Biomech, 1993, 8:185
²⁹ Adams MA, Mannion AF, Dolan P, ‘Personal risk factors for first-time low back pain’,
Spine, 1999, 24:2497
³⁰ Kjaer P, Bendix T, Sorenson JS et al., ‘Are MRI-defined fat infiltrations in the multifidus muscles associated with low back pain?’,
BMC Med, 2007, 5:2
³¹ www.guy-declerck.com / Spinal Pathologies / Paravertebral lumbar spinal muscles
³² Kong MH, Morishita Y, He W et al., ‘Lumbar segmental mobility according to the grade of the disc, the facet joint, the muscle, and the ligament pathology by using kinetic magnetic resonance imaging’,
Spine, 2009, 34:2537
³³ Biering-Sørensen F, ‘Physical measurements as risk indicators for low-back trouble over a one-year period’,
Spine, 1984, 9:106
³⁴ Mannion AF, Dumas GA, Cooper RG et al., ‘Muscle fibre size and type distribution in thoracic and lumbar regions of erector spinae in healthy subjects without low back pain. Normal values and sex differences’,
J Anat, 1997, 190:505
³⁵ Cady LD, Bischoff DP, O’Connell ER e t al., ‘Strength and fitness and subsequent back injuries in firefighters’,
J Occup Med, 1979, 21:269
³⁶ Battié MC, Bigos SJ, Fisher LD et al., ‘Anthropometric and clinical measures as predictors of back pain complaints in industry. A prospective study’,
J Spinal Disord, 1990, 3:195
³⁷ Waddell G, Burton AK, ‘Occupational health guidelines for the management of low-back pain at work. Evidence review’
Occup Med, 2001, 51:124
³⁸ Andersson GB, ‘Epidemiology of low-back pain’,
Acta Orthop Scand, 1998, 281 Suppl:28
³⁹ Linton SJ, van Tulder MW, ‘Preventive interventions for back and neck pain problems. What is the evidence?’
Spine, 2001, 26:778
⁴⁰ Swärd L, Hellström M, Jacobsson B et al, ‘Back pain and radiologic changes in the thoraco-lumbar spine of athletes’,
Spine, 1990, 15:124
⁴¹ Swärd L, Hellström M, Jacobsson B et al., ‘Disc degeneration and associated abnormalities of the spine in elite gymnasts. A magnetic resonance imaging study’,
Spine, 1991, 16:437
⁴² Videman T, Sarna S, Battié MC et al., ‘ The long-term effects of physical loading and exercise lifestyles on back-related symptoms, disability, and spinal pathology among men’,
Spine, 1995, 20:699
⁴³ Sinaki M, Nwaogwugwu NC, Phillips BE et al., ‘Effect of gender, age, and anthropometry on axial and appendicular muscle strength’,
Am J Phys Med Rehabil, 2001, 80:330
⁴⁴ Newham DJ, McPhail G, Mills KR et al., ‘Ultrastructural changes after concentric and eccentric contractions of human muscle’,
J Neurol Sci, 1983, 61:109
⁴⁵ Jones DA, Newham DJ, Round JM et al., ‘Experimental human muscle damage. Morphological changes in relation to other indices of damage’,
J Physiol, 1986, 375:435
⁴⁶ Newham DJ, Jones DA, Clarkson PM, ‘Repeated high-force eccentric exercise. Effects on muscle pain and damage’,
J Appl Physiol, 1987, 63:1381
⁴⁷ Sargeant AJ, Dolan P, ‘Human muscle function following prolonged eccentric exercise’,
Eur J Appl Physiol Occup Physiol, 1987, 56:704
⁴⁸ McNeil PL, Khakee R, ‘Disruptions of muscle fiber plasma membranes. Role in exercise-induced damage’,
Am J Pathol, 1992, 140:1097
⁴⁹ Lieber RL, Fridén J, ‘Mechanisms of muscle injury after eccentric contraction’,
J Sci Med Sport, 1999, 2:253
⁵⁰ Solomonow M, Zhou BH, Baratta RV et al., ‘Biomechanics of increased exposure to lumbar injury caused by cyclic loading. Part 1. Loss of reflexive muscular stabilization’,
Spine, 1999, 24:2426
⁵¹ Brack AS, Rando TA, ‘Tissue-specific stem cells. Lessons from the skeletal muscle satellite cell’,
Cell Stem Cell, 2012, 10:504
⁵² Yin H, Price F, Rudnicki MA, ‘Satellite cells and the muscle stem cell niche’,
Physiol Rev, 2013, 93:23
⁵³ Doles JD, Olwin BB, ‘Muscle Stem Cells on the Edge’,
Curr Opin Genet Dev, 2015, 34:24