Acute and chronic effects of electrical stimulation applied on the motor nerve : the importance of the afferent volley
Effets aigus et chroniques de l’électrostimulation appliquée au niveau du nerf moteur : importance du retour afférent
Résumé
The aim of this thesis was to investigate the effects of electrical stimulation protocols favouring an indirect motor units’ (MU) recruitment via sensory axons activation and giving rise to extra force development, on the neuromuscular system. These protocols use wide pulse duration, low stimulation intensity, low and high stimulation frequencies and are applied over the motor nerve. The aim of the first study was to examine the effects of these protocols on the extent and origin of neuromuscular fatigue during an acute application. Results showed that for a similar impact on maximal force generating capacity, low stimulation frequencies limit force decreases during the stimulation trains as compared to high stimulation frequencies. The aim of the second study was to investigate the effects of chronic application of these protocols. Results showed important torque gains after the training period despite the low stimulation intensity used, while the induced neural adaptations were frequency-dependent. Results of these two studies also highlighted the importance of the phenomenon of extra torque on induced adaptations. Thus, the aim of the third study was to determine the conditions permitting the occurrence of extra torque, by modulating the frequency and intensity of stimulation. Main results showed that when the initial MU recruitment was mostly indirect, the developed torque was higher than the one expected for the given stimulation parameters, independently of the stimulation frequency, suggesting that the indirect MU recruitment plays a preponderant role in the occurrence of extra torque. Moreover, a frequency-dependent impact on spinal excitability was observed, resulting in a decrease after the low stimulation frequency and an increase after the high frequency. Consequently, the last study investigated the mechanisms responsible for the distinct modulation of spinal excitability. Results showed that the decrease in spinal excitability observed after the low stimulation frequency could be attributed to increased homosynaptic post-activation depression, while this latter mechanism could have been compensated by an enhanced motoneuron excitability as a result of persistent inward currents after the high stimulation frequency. All these results underline the importance of the afferent volley to the induced neuromuscular adaptations after acute and chronic electrical stimulation application.
L'objectif de cette thèse était d’étudier l'impact de protocoles d’électrostimulation favorisant un recrutement indirect des unités motrices (UM) via les afférences sensorielles et induisant le développement d’extra force, sur le système neuromusculaire. Ces protocoles associent une grande largeur d’impulsion, une faible intensité de stimulation, des hautes et basses fréquences et sont appliqués sur le nerf moteur. L’étude des effets de ces protocoles sur la fatigue neuromusculaire lors d’une application aiguë a fait l’objet de la première étude qui a montré que pour un impact équivalent sur la capacité maximale de production de force, les basses fréquences de stimulation limitaient la diminution de force au cours d’une session d’électrostimulation comparativement aux hautes fréquences. L’application de manière chronique de ces protocoles lors d’un entraînement a fait l’objet de la deuxième étude. Les résultats ont montré des gains de force importants malgré les faibles intensités de stimulation et des adaptations nerveuses qui étaient dépendantes de la fréquence de stimulation. Les résultats de ces deux études ont aussi permis de mettre en évidence l’importance du phénomène d’extra force sur les adaptations induites. Ainsi, l’étude de ce dernier phénomène a fait l’objet de la troisième étude. Les résultats ont montré que lorsque le recrutement initial des UM était indirect, l’extra force était présente pour toutes les fréquences de stimulation. De plus, le développement de l'extra force a induit une diminution de l’excitabilité spinale après les basses fréquences de stimulation et une augmentation après les hautes fréquences. La dernière étude de ce travail s’est intéressée aux mécanismes expliquant ces modulations spinales. Les résultats ont montré que le mécanisme de dépression post-activation pourrait expliquer la diminution observée après les basses fréquences, tandis que ce mécanisme serait compensé par la présence de courants entrants persistants, entraînant une augmentation de l’excitabilité des motoneurones après les hautes fréquences de stimulation. L’ensemble de ces résultats souligne l’importance du retour afférent aux adaptations neuromusculaires induites après une application aiguë et chronique de l’électrostimulation.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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