Si les effets délétères de la fatigue neuromusculaire au cours de mouvements simples ne sont plus à démontrer, les effets d’une telle modalité de fatigue au cours de tâches complexes, i.e., poly-articulaires, restent à investiguer. Par ailleurs, il a été démontré que la fatigue mentale pouvait également impacter négativement la performance sportive au cours d’exercices mono-articulaires ou énergétiques. L’objectif de ce travail de thèse visait donc à évaluer l’impact de ces deux modalités de fatigue (mentale et neuromusculaire) sur des paramètres physiologiques (temps de réaction) et techniques (vitesse et précision des balles) associés au tennis de table, ceci afin de mieux comprendre la nature et l’ampleur des altérations pour, in fine, proposer des situations concrètes pour les entraîneurs et/ou préparateurs physiques. Au cours des six études qui composent ce travail de thèse, nous avons évalué la demande de l’activité du joueur en tennis de table au niveau des membres inférieurs (étude préliminaire et étude 1). Par la suite, les études 2 et 3 se sont intéressées aux effets de la fatigue (neuromusculaire et mentale) sur les caractéristiques de la balle. Des altérations différentes ont été mises en évidence selon la nature de la fatigue considérée. Enfin, les études 5 et 6 ont mesuré les effets de ces mêmes modalités de fatigue sur les différentes composantes du temps de réaction. Ces études ont montré que des participants soumis à une tâche mentalement ou physiquement fatigante étaient capables de maintenir un temps de réaction stable. Cependant, les mécanismes permettant ce maintien du niveau de performance étaient différents selon la nature de la fatigue considérée. / The deleterious effects of neuromuscular fatigue during simple movements are well documented. However, the effects of neuromuscular fatigue during complex tasks, i.e., polyarticular movements, are still a matter of debate. Otherwise, it has been demonstrated that mental fatigue could also have a negative impact on sport performance during monoarticular or energetic exercises. This thesis aimed to investigate the effects of both mental and neuromuscular fatigue on physiological (reaction time) and technical (speed and accuracy of the ball) parameters associated to table tennis, in order to propose practical applications for trainers and physical coaches to optimize the performance. This thesis was composed of six studies. In the first two studies, the characterisation of the effort involving the lower limbs during table tennis was performed (preliminary study and study 1). Thereafter, studies 2 and 3 focused on the effects of both mental and neuromuscular fatigue on ball characteristics. The results of these studies showed that mental and neuromuscular fatigue induced alterations of ball characteristics, but these alterations could differ between both fatigue conditions. Lastly, studies 4 and 5 measured the effects of these two types of fatigue on reaction time components. These studies highlighted that when they are mentally or physically fatigued, participants were able to maintain their level of performance. However, the mechanisms to maintain the performance level were different depending on the type of fatigue considered.

Le but de cette dissertation doctorale était de mieux comprendre les mécanismes de contrôle tant centraux que périphériques qui sont à l’origine de la régulation neuromusculaire lors de mouvement impliquant des contractions de type excentrique. Lors d’une première étude réalisée sur le muscle jambier antérieur, nous avons montré qu’un exercice utilisant des contractions excentriques présentait une meilleure résistance à la fatigue que lorsque des contractions concentriques étaient impliquées puisque celui-ci conduit à une moindre diminution du couple de force et de l’activité électromyographique. L’absence de fatigue nerveuse centrale et l’observation d’un comportement spécifique du couple de force et de l’activité électromyographique lors de ces épreuves de fatigue semblait traduire la mise en jeu de processus périphériques différents. La plus grande fatigue observée lors de l’épreuve concentrique suggérait une activation plus importante que pour l’épreuve excentrique, dont les conséquences métaboliques renforcent les altérations du couplage excitation-contraction. Dans un second temps, nous avons étudié l’effet des modifications de longueur de fascicule du muscle jambier antérieur sur le comportement spécifique des unités motrices (ordre, fréquence et seuil de recrutement) lors de contractions isométriques. Nous avons ensuite analysé le comportement d’unités motrices selon les différentes modalités de contractions (concentrique vs. excentrique) sur ce même muscle. Pour y répondre, différentes techniques d’analyse ont été utilisées dont l’enregistrement électromyographique intramusculaire et l’ultrasonographie. Enfin, nous avons cherché à analyser l’évolution des différents mécanismes de régulation d’origine périphérique et /ou central susceptible de modifier l’excitabilité du pool de motoneurone lors de contractions concentriques et excentriques. Pour y répondre, les modulations d’une part, du réflexe de Hoffmann (réflexe H) par stimulation électrique et d’autre part, celles du potentiel moteur évoqué (MEP) par stimulation magnétique transcorticale, ont été investiguées. Ces réponses ont été enregistrées à différents angles de la plage articulaires étudiée lors des contractions concentriques et excentriques, ainsi qu’aux deux extrémités angulaires lors de contraction isométriques. Notre travail indique que l’ordre de recrutement des unités motrices entre les contractions concentriques et excentriques étant identique, le système nerveux n’utilise qu’une seule et même stratégie d’activation liée à la taille des motoneurones impliqués dans ces deux types de contractions. En outre, les contractions excentriques lorsqu’elles sont réalisées à vitesse constante, sont associées à une modulation spécifique de la fréquence de décharge des unités motrices. Ce comportement diffère de celui observé lors de contractions concentriques, malgré une modification linéaire et similaire de la longueur des fascicules et du couple de force au cours de ces deux tâches. Les modulations du recrutement des unités motrices semblent davantage dépendre de la longueur musculaire tandis que les modulations de fréquence prédominent pendant les contractions en raccourcissement. Ce comportement spécifique semble dépendant de mécanismes de régulation principalement localisés au niveau spinal. Ainsi, le degré d’inhibition des afférences fusoriales affectant le pool de motoneurones du muscle tibial antérieur lors de sollicitations actives du muscle, dépend davantage de l’angle articulaire et donc de la longueur du muscle plutôt que du mode de contraction. Lors de sollicitations isométriques, le retour sensoriel Ia est principalement contrôlé au niveau présynaptique en fonction de la longueur du muscle. Lors de sollicitations concentriques et excentriques, ces mécanismes présynaptiques réguleraient l'excitabilité spinale de manière similaire entre les deux modes. Néanmoins, bien que l'inhibition présynaptique soit probablement plus marquée lors des sollicitations excentriques, ce mode de contraction semble également régulé par des mécanismes d'inhibition intervenant au niveau postsynaptique tel que l'inhibition récurrente de Renshaw. Ce mécanisme localisé au niveau postsynaptique permettrait de réguler la fréquence de pulsation des unités motrices lors de sollicitations excentriques dans le but le faciliter l'exécution du mouvement. L'originalité de notre travail a été d’étudier le comportement d’une même unité dans les deux modes de contractions alors que la méthode d’analyse généralement adoptée consistait à comparer des populations d’unités motrices entre-elles. De plus, les changements de la longueur du muscle au cours du mouvement ainsi que les vitesses de raccourcissement ou d'allongement ont été estimés à partir de la mesure directe de la longueur des fascicules musculaires. Cette dernière présente l’avantage de fournir une information de longueur et de vitesse sur la portion de muscle à partir de laquelle les enregistrements d’unités motrices ont été obtenus. Enfin, étant donné les modulations possibles tant au niveau spinal que supraspinal des mécanismes nerveux mis en jeu, il semblait important d’analyser celles-ci pendant le mouvement et aux différents angles investigués. Cette précision méthodologique a permis d'élargir la discussion concernant les possibles modifications de la balance "excitation-inhibition" lors de sollicitations excentriques, qui, jusqu’à présent, n'avaient été analysées que pour un angle articulaire donné.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Introduction: Le but de ce projet était de démontrer la fatigue musculaire au niveau du trapèze et de corréler cette fatigue avec le flot sanguin musculaire local. Des mesures électrophysiologiques ont été enregistrées avec un électromyogramme de surface pendant les contractions du trapèze alors que des mesures de l'oxyhémoglobine, de la déoxyhémoglobine et de l'indice d'oxygénation tissulaire étaient obtenues à l'aide d'un spectroscope infrarouge. Sept sujets sains (trois hommes et quatre femmes) ont été assignés de façon aléatoire à quatre conditions expérimentales où des contractions isométriques de 30% de la CVM ont été utilisées alors que le temps de contraction/relaxation variait (indice de temps de tension). Chaque condition durait trois minutes et des perceptions subjectives de l'effort fourni pour chaque condition ont été obtenues en se basant sur l'échelle de Borg CR 10. Résultats: La fatigue du trapèze a été démontrée grâce à l'électromyographie, par des différences significatives de la puissance de la fréquence moyenne et de la fréquence médiane (p < 0.05). La corrélation entre la fatigue et la déoxyhémoglobine, telle que mesurée électrophysiologiquement, était forte (r² = 0,58) Les perceptions subjectives de l'effort fourni ne corrélaient pas avec le début de la fatigue musculaire, les sujets n'ayant jamais noté leur effort plus haut que modéré à un quelconque moment lors de l'expérience. Conclusion: La fatigue musculaire du trapèze survient après des élévations répétées à basse intensité. Par contre, l'effort lors des contractions «fatiguées» n'est pas bien perçu par les sujets performant en contraction. La désaturation en oxygène se corrèle fort avec la fatigue musculaire. D'autres études utilisant une variété de ce protocole pourrait déterminer une relation plus précise entre la désaturation en oxygène dans le muscle et la fatigue électrophysiologique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Électromyographie de surface, Désaturation en oxygène, Indice de temps de tension.

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Les vibrations main-bras sont spécifiquement reconnues pour être la cause du syndrome des vibrations, une maladie atteignant les doigts et la main à des niveaux vasculaires, musculo-squelettiques et neurosensoriels. De longues durées et de fortes intensités de vibration peuvent accélérer l'apparition des symptômes. De plus, des muscles soumis à la vibration ont tendance se contracter involontairement de façon plus intense que sans vibration : c'est le réflexe tonique vibratoire. Or, une plus grande rigidité musculaire est associée à une plus grande transmission de vibration aux structures corporelles. Le but de cette étude était de mesurer la transmission de vibration et mesurer le taux de contraction des muscles par électromyographie en fonction de différents paramètres de force de poussée, de moment de force, de fréquence et d'amplitude de vibration. De plus, les somatotypes ectomorphes et mésomorphes ont été comparés afin de déterminer si des gens de avec plus ou moins de masse musculaire obtenaient des résultats différents. Douze participants (six ectomorphes et six mésomorphes) ont participé à cette expérimentation. Cette expérimentation durait environ 3h et comportait 81 essais en fonction d'une combinaison des trois niveaux de chacune des quatre variables (poussée, moment de force, amplitude de vibration et fréquence de vibration). Le somatotype n'a pas eu d'effet notable ni sur la vibration et peu sur le réflexe tonique vibratoire. Les variables biomécaniques (moment de force, force de poussée) ont généralement eu pour effet d'augmenter la transmission de vibration ainsi que les scores d'EMG. Les variables de vibration ont permis de déceler la présence d'un réflexe tonique vibratoire significatif mais de faible importance. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Électromyographie, outils vibrants, réflexe tonique vibratoire, somatotype, moment de force.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Présentement, suite à une blessure musculosqueletique, le patient doit retourner au centre de traitement pour faire des simulations de tâches dans lesquelles les intervenants font de l'observation visuelle ou prennent des mesures avec des systèmes encombrants. Ces tâches sont souvent non représentatives de la réalité et l'évaluation est subjective. L'analyse de l'activité musculaire et de la position du corps de façon précise est essentielle pour la prévention, le diagnostic et la réadaptation des blessures au travail. La solution proposée est un vêtement intelligent constitué d'une nouvelle fibre-électrode flexible intégrée à même le tissu pour un confort optimal. Les travaux abordés seront le développement d'un nouveau circuit d'instrumentation médical. Le système mesura l'activité musculaire par électromyographie de surface et la caractérisation du mouvement par une nouvelle fibre-électrode flexible. Cette nouvelle fibre-électrode a le potentiel de servir de capteur pour les deux mesures simultanément. Des circuits d'instrumentation seront explorés pour répondre à cet objectif. Ils seront basé sur un pont de Wheatstone et une méthode d'injection de courant. Les données d'électromyographie sont analysées pour monitorer la chute de la fréquence médiane du signal qui est signe précurseur de la fatigue musculaire. La mesure de position du corps avec la fibre est utilisée pour observer des changements dans la mécanique du mouvement qui engendrent un risque de blessure. Un algorithme de traitement du signal a été développé pour rehausser le signal par l'intermédiaire de la soustraction spectral. La transformation dans le domaine spectral sert aussi à requérir les informations physiologiques désirées. / Currently, following a musculoskeletal injury, the patient must return to the treatment center to perform tasks simulations where a professional makes visual observation or take measurements with bulky systems. These tasks are often not representative of reality and the assessment is subjective. Analyzing muscle activity and body position accurately is essential for the prevention, diagnosis and rehabilitation of workplace injuries. The proposed solution is a smart garment made up of a new flexible fiber-electrode integrated into the fabric for an optimal comfort. The work will be to develop a new medical instrumentation circuit. The system will measure muscle activity by surface electromyography and characterization of movement by this new flexible fiber electrode. The fiber electrode has the potential to act as a sensor for both measurements simultaneously. Some instrumentation circuits will be explored to meet this objective. They will be based on a Wheatstone bridge and a current injection method. Electromyography data is analyzed to follow the drop in the median frequency of the signal which is a precursor sign of muscle fatigue. Measuring body position with the fiber is used to observe changes in the mechanics of movement that create a risk of injury. A signal processing algorithm has been developed to enhance the signal through spectral subtraction. The transformation in the spectral domain also serves to compute the request desired physiological information.