Musculation : les muscles ne savent pas compter

La musculature ne possède aucun mécanisme interne lui permettant de compter les répétitions. En effet, les muscles se sont développés comme des organes de stockage et de génération de force qui nous permettent d’interagir avec notre environnement.

Que veut-on dire quand on parle de répétition ? En musculation, une répétition constitue un cycle complet d’élévation et d’abaissement d’une masse sur une amplitude de mouvement donnée. En physique, il s’agit d’un travail mécanique (W = force x distance). Le nombre de répétitions constitue l’un des descripteurs les plus utilisés en musculation. L’American Colleague of Sports Medicine a publié plusieurs recommandations pour la musculation dans lesquelles il conseille entre 8 et 12 répétitions pour stimuler la croissance musculaire [1,2]. La National Conditioning Strength Association, quant à elle, conseille entre 6 et 12 répétitions pour la croissance musculaire et moins de 6 répétitions pour l’augmentation de la force [3]. Dans un souci de compréhension, il convient maintenant d’aborder rapidement la physiologie des muscles.

La physiologie des muscles

L’activation des muscles se passe avec des signaux délivrés dans des cellules nerveuses du cerveau. Ces signaux sont transmis aux fibres musculaires par des motoneurones dans la moelle épinière.
En science, le motoneurone et les fibres musculaires qu’il innerve sont appelés unité motrice. Cette unité motrice est la plus petite unité du système neuromusculaire. En raison de la fasciculation (contraction brève d’un groupe de fibres musculaires), de la fatigue et de la taille de corps cellulaire, les unités motrices peuvent être séparées en trois types différents.

• Les unités motrices avec un petit corps cellulaire et un développement de la force lent sont très résistantes et sont appelées unités motrices de type S (slow, en anglais).
• Les unités motrices avec un corps cellulaire moyen peuvent produire beaucoup de force rapidement. De type FR (fast fatigue resistant en anglais), elles sont relativement résistantes à la fatigue.
• Les unités motrices avec le noyau cellulaire le plus grand produisent beaucoup de force très rapidement, mais se caractérisent par un point de rupture important, c’est pourquoi elles sont de type FF (fast fatigable en anglais) [4] (voir graphique).

Deux mécanismes

Recruter et décharger ! Ces deux mécanismes régulent la production de force dans le corps qui dépend d’une part du nombre d’unités motrices recrutées et, d’autre part, de la fréquence de décharge avec laquelle les potentiels d’action sont provoqués par les motoneurones. Plus le recrutement est grand et la succession des potentiels d’action rapide, plus la force musculaire sera élevée.

Tout se passe en fonction de la taille

Plus la force musculaire nécessaire est élevée, plus le recrutement des unités motrices se fera en fonction de leur taille. Cela signifie que pour produire une force maximale volontaire, ce sont les unités motrices de type S qui sont recrutées d’abord, suivies par les unités de type FR puis par celles de type FF (voir graphique).

La fatigue

On se fatigue en faisant de la musculation. La fatigue de la musculature est un problème physiologique complexe. Plus la fatigue augmente, plus d’unités motrices sont recrutées pour maintenir le couple externe. En physique, le couple se définit par la force qui agit sous un bras de levier sur un point de rotation. Lors d’un exercice pour les biceps avec un haltère, ce dernier joue le rôle de couple externe. La musculature produit à son tour un couple musculaire interne afin de contrer le couple externe. Le couple musculaire interne diminue de répétition en répétition en raison de la fatigue.

Une fois que toutes les unités motrices ont été recrutées, vous pouvez bouger l’haltère aussi longtemps que le couple musculaire interne reste plus grand que l’externe. Ainsi, vous pouvez non seulement recruter toutes les unités motrices avec une charge d’entraînement élevée, mais vous atteignez aussi le recrutement complet avec des charges d’entraînement plus petites, à condition que vous vous entraîniez jusqu’à la défaillance musculaire.

La contribution de la force et la résistance à la fatigue sont différentes selon les unités motrices. Les unités motrices de type FF possèdent la plus grande production de force. En revanche, elles se fatiguent très rapidement (le point de rupture s’élève entre 80 % et 90 % après 1 à 2 min) (voir graphique). Si toutes les unités motrices sont recrutées, le couple pouvant être généré en interne par les muscles dépend de l’épuisement des unités motrices. Chez les unités motrices de type FF, cet épuisement apparaît déjà après environ deux minutes et mène ainsi à une interruption inévitable de l’exercice, car le couple musculaire interne est plus petit que le couple externe.

Des répétitions à l’épuisement

Deux études démontrent quelle importance le facteur répétitions a pour la musculation. Dans la première étude, ce facteur est mis en lien avec l’intensité et, dans la seconde, avec la durée de tension :

Répétitions et intensité

Le groupe de recherche de Kumar et al. [7] a étudié la relation entre la synthèse protéique musculaire et l’intensité d’entraînement avec un plan d’étude dans lequel le travail fourni était identique dans deux groupes de test. La musculation consistait en un exercice d’extension (leg extension en anglais) de la jambe dominante avec entre 20 % et 90 % de la 1 RM chez 25 jeunes hommes (24 ± 6 ans) et 25 hommes plus âgés (70 ± 5 ans) avec des indices de masse corporelle équivalents. Pour que le travail effectué puisse être comparable, les participants ont été divisés en différents groupes :

• groupe 20 % 1 RM 3 x 27 répétitions
• groupe 40 % 1 RM 3 x 14 répétitions
• groupe 60 % 1 RM 3 x 9 répétitions
• groupe 75 % 1 RM 3 x 8 répétitions
• groupe 90 % 1 RM 6 x 3 répétitions

Entre chaque série, les participants marquaient toujours deux minutes de pause. La synthèse des protéines a été mesurée 1, 2 et 4 heures après la sollicitation des muscles. Kumar et ses collègues ont constaté que la relation entre l’intensité et la synthèse des protéines suit une la fonction sigmoïde (un modèle pour décrire les processus de croissance qui ressemble à un S. C’est pourquoi elle est aussi appelée courbe en S). Des intensités de plus de 60 % de la 1 RM n’ont mené à aucune augmentation supplémentaire significative de la synthèse protéique. Cela signifie qu’une augmentation de l’intensité de l’entraînement n’augmente pas davantage la synthèse protéique et, donc, la croissance musculaire. On remarque aussi que le travail effectué est de même ampleur, mais que le nombre de répétitions est différent.

20 % 1 RM x 3 x 27 = 16.2
90 % 1 RM x 6 x 3 = 16.2

Répétitions et durée de la tension

Burd et al. [7], quant à eux, se sont intéressés à l’influence de la durée de la tension par répétition sur la synthèse protéique. Dans le cadre de cette étude, des jeunes hommes ont entraîné une jambe avec un exercice d’extension du genou (leg extension en anglais) avec 30 % de la 1 RM jusqu’à la défaillance des muscles. Ils effectuaient en outre 3 séries avec 2 minutes de pause entre chacune des séries. De plus, les chercheurs ont fixé le temps nécessaire pour une répétition.

Les participants se sont entraînés à raison de 6 secondes par phase de mouvement (concentrique et excentrique). Une répétition leur a donc pris 12 secondes. Ils ont ensuite effectué le même nombre de répétitions avec l’autre jambe, mais avec une vitesse de mouvement de 2 secondes par répétition. Le nombre de répétitions s’élevait pour les deux jambes à 12 ± 1, 7 ± 1 et 6 ± 1 pour les séries 1, 2 et 3. Ensuite, les chercheurs ont examiné la synthèse des protéines comme indicateur de croissance musculaire sur les 30 heures suivant l’entraînement.

Chez quel groupe la synthèse protéique était-elle la plus élevée ? Pour rappel : le même travail mécanique externe a été effectué. La seule différence résidait dans la durée de tension d’environ 407 ± 23 secondes contre 50 ± 3 secondes pour les vitesses de mouvement différentes. Entre 24 et 30 heures après l’entraînement, la synthèse protéique était environ 40 % plus élevée pour la condition lente que pour la condition rapide. La durée de tension aurait donc une influence significative sur l’anabolisme musculaire. Cela vient du fait que la durée de tension, ou la maximisation de la surface de l’intégrale tension-temps, a une influence directe sur une protéine (JNK) qui inhibe la dégradation d’autres protéines. Ainsi, si la quantité de protéines dégradées est inférieure à la quantité produite, le bilan net est positif [9,10].

Bilan : vos muscles ne comptent pas les répétitions

Que peut-on retenir de ces deux études ? Comme déjà décrit en détail, la croissance musculaire est déjà stimulée par 60 % de la 1 RM et une augmentation de l’intensité n’amène aucun effet supplémentaire. Nous constatons également que, dans les deux études, le travail mécanique était le même, mais le nombre de répétitions variait.

À travail externe égal, la durée de la tension semble toutefois avoir une influence significative sur la croissance musculaire. Par le biais du mécanisme de la fatigue, nous pouvons recruter toutes les unités motrices et les soumettre à la charge mécanique et métabolique le plus longtemps possible, jusqu’à ce qu’elles soient complètement épuisées et qu’il y ait interruption de l’exercice. En raison des caractéristiques physiologiques mentionnées plus haut, c’est le cas pour les unités motrices de type FF à environ 120 secondes. L’objectif devrait donc être une maximisation de la surface de l’intégrale du temps de recrutement ou, autrement dit, le temps pendant lequel vous effectuez un travail mécanique en cas de recrutement complet.

Le concept de fixer un nombre de répétitions a en réalité la même intention, mais échoue dans différents scénarios.

1. Une résistance à l’entraînement plus faible et un nombre volontaire de répétitions ne garantissent pas un recrutement complet.
2. Lors de résistances à l’entraînement de > 85 % 1 RM, toutes les unités motrices sont recrutées dès le début. En raison du couple externe élevé et de la diminution de la force musculaire, l’interruption de l’exercice est inévitable. Partons du principe que vous ne parveniez à effectuer un exercice que pendant 20 secondes malgré un effort maximal. Bien que vous ayez alors recruté toutes les unités motrices et que vous vous soyez entraîné jusqu’à la défaillance musculaire complète, cela ne signifie pas que les unités motrices à haut seuil (type FF et type FR) soient complètement épuisées. Il faudrait cinq à six fois plus longtemps pour que les unités de type FF soient épuisées.
3. La tendance à effectuer le travail mécanique (nombre de répétitions) aussi rapidement que possible (c’est-à-dire explosif) n’est pas efficace. En donnant une impulsion élevée à un haltère, vous avez besoin de moins de force musculaire. C’est exactement le contraire de ce qu’il faut pour stimuler la croissance musculaire.

L’épuisement complet des unités motrices à haut seuil (FF et FR) stimule la synthèse protéique et, ainsi, la croissance musculaire de manière importante. Il vaudrait donc mieux choisir une vitesse d’exécution lente afin de maintenir les muscles dans une tension musculaire élevée. Essayez ensuite de maintenir cette tension aussi longtemps que possible. Choisissez la charge de manière à devoir interrompre l’exercice après environ 120 secondes, car les muscles ne savent pas compter.

Bibliographie

1. Kraemer WJ, Adams K, Cafarelli E, Dudley GA, Dooly C, Feigenbaum MS, et al. Progression models in resistance training for healthy adults. Med Sci Sports Exerc. États-Unis ; 2002 ;34 : 364-380. doi:10.1097/00005768-200202000-00027
2. ACSM, American College of Sports Medicine. Progression models in resistance training for healthy adults. Med Sci Sports Exerc. États-Unis ; 2009 ;41 : 687-708. doi:10.1249/MSS.0b013e3181915670
3. G. Gregory Haff, PhD F, N. Travis Triplett, PhD F. Essentials of Strength & Conditioning Fourth Edition. Human Kinetics. 2016.
4. Burke RE, Levine DN, Tsairis P, Zajac FE. Physiological types and histochemical profiles in motor units of the cat gastrocnemius. J Physiol. John Wiley & Sons, Ltd ; 1973 ;234 : 723-748. doi:10.1113/jphysiol.1973.sp010369
5. Denny-brown D, Pennybacker JB. Fibrillation and fasciculation in voluntary muscle. Brain. Oxford Academic ; 1938 ;61 : 311-312. doi:10.1093/brain/61.3.311
6. Henneman E. Relation between Size of Neurons and Their Susceptibility to Discharge. Science (80- ). American Association for the Advancement of Science ; 1957 ;126 : 1345-1347. disponible sur : http://www.jstor.org/stable/1752769
7. Kumar V, Selby A, Rankin D, Patel R, Atherton P, Hildebrandt W, et al. Age-related differences in the dose–response relationship of muscle protein synthesis to resistance exercise in young and old men. J Physiol. Wiley-Blackwell ; 2009 ;587 : 211. doi:10.1113/JPHYSIOL.2008.164483
8. Burd NA, Andrews RJ, West DWD, Little JP, Cochran AJR, Hector AJ, et al. Muscle time under tension during resistance exercise stimulates differential muscle protein sub-fractional synthetic responses in men. J Physiol. John Wiley & Sons, Ltd ; 2012 ;590 : 351-362. doi:10.1113/jphysiol.2011.221200
9. Martineau LC, Gardiner PF. Skeletal muscle is sensitive to the tension-time integral but not to the rate of change of tension, as assessed by mechanically induced signaling. J Biomech. 2002 ;35 : 657-663. doi:10.1016/S0021-9290(01)00249-4
10. Lessard SJ, MacDonald TL, Pathak P, Han MS, Coffey VG, Edge J, et al. JNK regulates muscle remodeling via myostatin/SMAD inhibition. Nat Commun. Springer US ; 2018 ;9 : 1-14. doi:10.1038/s41467-018-05439-3