Rapport et analyse des effets d`un protocole de vibration sur Power

Direction Technique Nationale F.F.TRI. - Nicolas BECKER - Octobre 2010
Rapport et analyse des effets d’un protocole de vibration sur Power Plate sur
la désaturation en oxygène réalisé au Pôle Espoir de Boulouris.
SOMMAIRE
Introduction
Définitions
Contexte scientifique
Études de référence
Démarche d’entraînement triathlon
Protocole
Intérêt pour la performance
Conclusion
Préconisations d’entraînement
Références scientifiques
Introduction
Une partie des athlètes du Pôle Espoir Triathlon de Boulouris a participé au début de l’année 2010 à
une pré-étude scientifique initiée par le Centre Ressource d'Optimisation de la Performance Sportive
(C.R.O.P.S.). Cette cellule propre au C.R.E.P.S. PACA est pilotée par Jean Sengès sur le site de
Boulouris.
L’idée était d’évaluer les effets d’un protocole simple de vibration sur Power Plate sur la
désaturation* en oxygène. Plusieurs études scientifiques ont cherché à évaluer la relation entre
hypoxie* et vibration*. L’hypothèse de départ étant que ce type de stimulation engendre une
utilisation localisée d’oxygène (Rittweger, 2002). Certaines recherches ont déjà montré un effet sur
les facteurs périphériques de la captation d’oxygène voire une angiogenèse* semblable à celle
provoquée par l’hypoxie.
Sur la base d’un travail d’endurance de force des membres inférieurs, il a semblé intéressant de
mettre à l’épreuve les triathlètes du Pôle Espoir en période de préparation foncière hivernale. Le
protocole a été mis en place à Boulouris sur une durée de 4 semaines pour un total de 8 séances
réalisées en salle de musculation sur 2 appareils Power Plate. Avant de placer des jeunes triathlètes
sur des plaques vibrantes, nous avons pris la précaution de soulever la question de la potentielle
dangerosité de ce protocole réalisé sur des machines Power plate. Cette problématique de santé a
déjà été finement étudiée par le Fédération Française de Ski dans le but d’utiliser la vibration pour
simuler les perturbations visuelles liées à leur activité. Le rapport interne de Nicolas Coulmy en 2006
valide l’utilisation des Power Plate sous certaines conditions et permet de s'assurer que notre
protocole garantira le respect de l’intégrité physique des triathlètes.
* Définitions :
La désaturation est la diminution du pourcentage de la saturation en O2 dans le sang. La saturation
est un indice de concentration d’oxygène dissous dans le sang. Au repos, les valeurs moyennes de
saturation sont 97-99%. Ici, l’hémoglobine est donc saturée en oxygène à 97-99%. A l'exercice
intense, les sujets sédentaires et moyennement entraînés n’ont pas de baisse du taux de saturation
de l'hémoglobine. Par contre, chez certains athlètes entraînés, le taux baisse jusqu'à atteindre des
valeurs proches de 90%. L’altitude contribue à diminuer encore ce taux. La diminution de la capacité
de transport de l'O2 qui résulte de cette baisse de la saturation pourrait être un facteur limitant la
performance dans plusieurs sports.
L’hypoxie correspond à la diminution de la quantité d’oxygène distribuée par le sang aux tissus.
L’hypoxie est la conséquence de l’hypoxémie (diminution de la quantité d’oxygène contenue dans le
sang). Dans le premier cas, il s’agit d’une diminution de l’oxygène dans les tissus, dans le deuxième
cas, d’une diminution de l’oxygène dans le sang. Il existe plusieurs origines à l’hypoxémie dont
l’altitude, mécanisme bien connu du monde sportif pour les bénéfices que des athlètes en retirent
dans l’optimisation de leur entraînement.
Les vibrations apparaissent quand un corps se déplace en va-et-vient sous l’effet de forces externes
et internes. Dans le cas de vibrations globales du corps, cela peut être le siège d’un véhicule ou la
plate-forme sur laquelle se tient debout l’opérateur qui vibre et ce mouvement est transmis au corps
du conducteur. La machine Power Plate permet de créer des vibrations sinusoïdales.
L’angiogenèse correspond à la production de vaisseaux sanguins à partir du réseau préexistant.
L’entraînement permet de déclencher une angiogenèse qui engendre une meilleure oxygénation des
tissus musculaires.
Contexte scientifique
La recherche appliquée au domaine de la performance sportive peut permettre d’identifier des
protocoles d’entraînement qui améliorent les effets ou autorisent un gain de temps dans le
développement des capacités physiques. Dès lors, compte tenu de la complexité de l’entraînement
en triathlon, il est utile de regarder de près les avancées scientifiques qui donnent l’opportunité de
bonifier la progression des triathlètes.
Études de référence
Il a été démontré que la vibration sur plaque vibrante n’est pas sans effet puisqu’elle agit non
seulement sur le muscle mais également sur la commande centrale et les motoneurones comme le
montre cette diapositive :
Ici, le fait d’établir une relation positive entre hypoxie et vibration est une piste intéressante pour
simuler de façon très rentable les effets physiologiques déjà connus du travail en condition
hypoxique. C’est un axe fort de l’entraînement vers la performance de haut niveau en triathlon et
comme dans toutes les disciplines qui proposent un registre d’effort similaire.
La synthèse de Mester (Mester, 2001) sur l’impact de la vibration montre que son action sur certains
paramètres locaux est similaire à celle de l'hypoxie (voir diapositive ci-dessous) :
Le stress mécanique provoqué par la plaque vibrante a des répercussions sur la membrane des
vaisseaux sanguins (Suhr et al., 2007) et engendre une « déformation cellulaire » propre à stimuler
une réponse physiologique supérieure à celle qui correspond à un travail similaire effectué sans
vibration (voir diapositive ci après) :
Si l'étude de Wahl et al. (2007) sur le slalom géant en ski alpin concerne des registres physiologiques
différents de ceux du triathlon, les recherches en cyclisme (Samuelson et al., 1989) et en ski de fond
(Engelmeyer et al., 2007) se rapprochent des besoins de notre activité. Les recherches ont prouvé
que lors d’une vibration totale du corps, il existe une meilleure captation d’oxygène et une
augmentation du métabolisme musculaire (Rittweger et al., 2002), ainsi qu’une plus grande dépense
énergétique après l’effort (Da Silva et al., 2007). Après avoir analysé l’ensemble des effets de
l’hypoxie, Mester et al. (2007) ont également étudié tous les aspects induits par la vibration sur le
corps. Enfin, Wahl et al. (2007) ont comparé les effets d’un exercice de courte durée, effectué en
condition hypoxique et sous vibrations, sur la répartition des lactates sanguins et les facteurs de
croissance angiogènes.
Démarche d’entraînement triathlon
Protocole :
La période de travail s’est étendue sur une durée de 4 semaines pour un total de 8 séances
complètes, du 11 janvier au 5 février 2010.
Chaque athlète devait consacrer 1h en salle de musculation pour réaliser son échauffement, les trois
séries du protocole, puis un retour au calme avec des exercices de gainage et d’étirements.
Les triathlètes étaient répartis en 2 groupes afin de multiplier les passages sur la plaque vibrante à
raison de deux athlètes par passage. Un groupe « test » composé de 7 triathlètes (2 minimes 2, 3
cadets et 2 U23) a donc effectué la totalité du protocole sur Power plate, tandis que les autres
constituaient le groupe témoin. J’ai choisi de ne pas proposer les vibrations aux deux minimes nés en
1995. L’étude sur les effets de la vibration a porté sur deux triathlètes espoirs de 20 ans (U23) et
deux cadets âgés de 15 et 16 ans.
Chacun d’eux était en possession d’un appareil de mesure de la saturation en oxygène pour être
autonome dans le relevé d’informations. Le saturomètre se fixant sur un doigt durant 10 secondes,
une donnée entre chaque série était demandée.
Les cadets durant la phase d’exercice.
Le mouvement retenu pour cette étude est le demi-squat avec charge additionnelle. Celle-ci est fixée
de manière individuelle à 30% du poids de corps après une pesée lors de la séance de lancement du
protocole; ce qui constitue une faible charge en tant que telle pour un mouvement des membres
inférieurs (ex : Triathlète U23 née en 1990 pesant 59,5kg : barre fixée à 18kg).
Le travail consiste à réaliser 30 répétitions de flexions de jambes avec charge en demi-squat sur une
durée de 45 secondes. Un timer sonore donnait le rythme de l’exercice. La récupération était
statique jambes tendues pendant 45 secondes également pour un total de 10 séries consécutives. A
noter que la plaque vibre même lors de la phase de récupération. Ce bloc de quinze minutes devait
être répété trois fois par séance avec trois minutes de repos complet entre chaque bloc. Une prise de
la saturation au repos en début de séance et avant chaque nouveau bloc de dix répétitions était
réalisée.
Du point de vue des triathlètes, la difficulté ressentie était assez semblable avec un premier bloc
toujours contraignant, un second plutôt facile et une fatigue musculaire importante sur le troisième.
A mesure de l’avancée des séances, les athlètes ont trouvé l’effort de plus en plus facile et nous
avons décidé de donner la consigne de finir le mouvement de poussée en pointe de pied et de laisser
faire plus de répétitions de demi-squat (plus de 30, pour certains 40 à 45) durant les 45 secondes
sans modifier les paramètres de charges et de récupération.
Pour une seule séance, chaque athlète a donc mobilisé 30% de son poids de corps en demi-squat au
sol ou sur plaque vibrante et effectué une moyenne de 1000 répétitions environ, 900 au minimum.
Sur l’ensemble des 8 séances, les triathlètes ont donc soulevé 8000 fois cette charge.
Thomas (U23) et Marine (U23) au démarrage d’une nouvelle série de demi-squat.
Intérêt pour la performance :
Le faible niveau de force (charge sur les membres inférieurs à 30% du poids de corps) et le protocole
basé sur une grande répétition du temps d’exercice (30 fois 45 secondes par séance) s’apparente à
un travail en endurance de force : Faible charge, à mobiliser un grand nombre de fois avec un
maintien de l’effort dans le temps. Compte tenu de la période ciblée mi janvier - début février, cette
sollicitation a pu s’intégrer logiquement dans la préparation hivernale des triathlètes.
D’un point de vue analytique, l’objectif de ce renforcement systématique des membres inférieurs et
principalement des quadriceps (secondairement muscles fessiers, ischio-jambiers et mollets) était
d’effectuer en salle un travail préparatoire à la reprise du vélo sur route. Ainsi, durant cette période,
du temps a été dégagé pour les séances natation et course à pied afin de mettre l’accent sur le
développement des capacités dans ces deux disciplines. En effet, le protocole en salle de musculation
venait conclure l’après-midi d’entraînement à partir de 17h jusqu’à 19h. J’ai pu vérifier le bon
transfert chez les jeunes de cette sollicitation musculaire sous la barre en demi-squat lors des
séances spécifiques en cyclisme. En stage juste après le protocole, les triathlètes ont pu exprimer des
niveaux de puissance sur durées courtes et une capacité d’endurance au plan musculaire lors des
sorties longues assez surprenantes compte tenu du faible kilométrage réalisé au préalable. Je pense
donc que ce travail a permis un gain de temps. Cette rentabilité me laisse à penser qu’il serait
intéressant de répéter cette démarche à l’avenir pour continuer à consacrer plus de temps l’hiver
pour nager et courir, sans pour autant prendre de retard en cyclisme. Le juge de paix des
compétitions au mois d’avril et notamment le Championnat de France jeunes de Duathlon n’a pas
été dans le sens de révéler un manque de travail pour ce groupe dans le domaine du cyclisme.
D’un point de vue plus global, faire participer les jeunes triathlètes à cette étude m’a permis
d’insister sur des notions d’autonomie, de collaboration en groupe et de responsabilisation dans leur
démarche personnelle d’entraînement. Par exemple j’ai laissé aux triathlètes le choix de leur ordre
de passage et de leur binôme pour travailler. Ceci a permis d’alterner les groupes et de rendre le
protocole moins répétitif. Aussi, chaque triathlète était responsable de sa mesure de saturation en
oxygène grâce à un appareil individuel portatif, ce qui a suscité leur curiosité et incité à s’approprier
la démarche. Ainsi autonomes, je n’avais qu’à retranscrire les données annoncées. Bien que certaines
barres avaient été réservées et conservaient donc la bonne charge d’une semaine sur l’autre, la
réalisation des séances a imposé un travail collectif d’installation et de rangement. Cette éducation
va à l’encontre de l’attitude de « consommateurs » parfois adoptées pour les adolescents, et ce
même en condition d’entraînement. Ils ont dans l’ensemble bien accepté le fait de participer à
l’effort de mise en place.
Dans une démarche de formation, le fait d’appliquer une charge additionnelle à des jeunes sur un
exercice de musculation, aussi faible soit-elle nécessite un vrai travail de formation. Vis-à-vis du
mouvement juste à réaliser d’abord, mais aussi dans la manière d’aborder la musculation au sens
large. Ce petit travail de renforcement musculaire a permis à des jeunes triathlètes de 15 à 20 ans de
s’imprégner d’une culture sportive différente de celle qu’ils ont l’habitude de fréquenter. En quatre
semaines, ils ont passé plus de 8h en salle à côtoyer non seulement les triathlètes Senior mais aussi
des athlètes travaillant la force. Cet apprentissage par l’observation et par le vécu est une bonne
mise en place pour les années à venir. Leur développement physique dans les catégories supérieures
supposera de passer du temps sur les différents appareils de musculation afin de développer
l’endurance de force, la force maximale et la puissance spécifique.
Au-delà du respect strict du protocole et des consignes, les notions de « gestuelle juste » et du choix
de la valeur de charge ont également participé à la formation des triathlètes. Il est donc aisé d’utiliser
cette rigueur de pratique pour reproduire les mêmes attentes par rapport au respect des allures, des
temps de repos et des conseils techniques une fois de retour sur le terrain de l’entraînement
spécifique en triathlon.
Par ailleurs le temps passé en salle a été optimisé par un échauffement global varié (rameur, tapis
roulant ou ergocycle), un travail de gainage avant ou après le protocole suivant les groupes et un
temps d’étirements contrôlé post-séance.
Bien sûr, au-delà du travail commun en demi-squat pour tout le groupe, l’utilisation des Power Plate
avait pour but de provoquer un effet semblable à celui provoqué par l’hypoxie sur les facteurs
périphériques musculaires et intracellulaires. Une hypothèse déjà émise suggère que ce protocole a
pu améliorer les qualités contractiles et de vascularisation des muscles sollicités.
On peut également penser que la vibration participe à un renforcement de l’ensemble des muscles
qui agissent dans le maintien de la cheville et donc que ce protocole a participé à améliorer la
proprioception si importante en triathlon. Concernant l’équilibre global qui nous intéresse aussi, le
mouvement effectué sur plaque vibrante modifie légèrement la perception au niveau de l’oreille
interne, ce qui donne sous doute lieu à des adaptations positives. De façon plus aléatoire mais
toutefois envisageable puisque des études l’ont mentionné, le « stiffness » musculaire (raideur, au
sens de la qualité de contraction) et la capacité du muscle à recruter plus de fibres avec un temps de
réponse rapide peuvent s’améliorer grâce à l’impact des vibrations.
Conclusion
Le protocole mis en place ne permet pas d'observer de différence significative de désaturation pour
le groupe ayant travaillé sur la Power-plate. Il conviendrait donc de tester un autre protocole et
d’évaluer plus précisément les changements métaboliques induits.
Il n’en demeure pas moins que des études ont montré un effet sur les facteurs périphériques de la
captation d’oxygène, voire une angiogenèse semblable à celle provoquée par l’hypoxie. Nous
pouvons donc penser que le travail effectué durant ce protocole sur plaque vibrante a eu un effet a
minima égal au travail réalisé au sol, avec sans doute une stimulation légèrement supérieure au plan
physiologique. Les objectifs de départ dans le suivi de ce protocole dépassaient le cadre de l’étude
pour s’intégrer à la charge globale d’entraînement de la période.
D’un point de vue qualitatif, le renforcement musculaire systématique a eu un effet positif sur
l’accélération de la reprise de puissance spécifique à vélo et notamment facilité le travail de retour
au cyclisme sur route lors du stage Pôle en Toscane début Février.
A effort égal, les triathlètes placés sur les machines Power Plate semblaient plus fatigués à l’issue de
la séance, sans doute eu égard à la perturbation neuromusculaire provoquée par la vibration. Au
plan quantitatif, l’augmentation du temps d’entraînement induite par le suivi des séances n’est pas à
négliger puisqu’elle a participé à la charge globale : + 2h, soit 10 à 15% du volume hebdomadaire.
L’expérience de ce protocole suivi par les jeunes du Pôle Espoir Triathlon de Boulouris est positif sur
de nombreux points. Toutefois, il ne faut pas négliger les implications engendrées par la participation
à une telle étude scientifique (durée du protocole, nombre de séances, organisation temporelle et
logistique….). Autant que possible, les protocoles de recherches doivent être intégrés dans la
préparation de l'athlète. Ce qui a été fait lors de cette étude en intégrant les séquences de travail à la
planification générale de la période. Ainsi, entraîneur et athlètes restent responsable et acteur de
leur projet d’entraînement, tout en s’enrichissant des concepts et des idées apportées par des
experts et dont les bases ont été établies par des chercheurs de renommée mondiale.
Préconisations d’entraînement de la F.F. de Ski
La F.F.S. a évalué les machines Power Plate (Rapport interne de Nicolas Coulmy en 2006 Département Sportif et Scientifique de la F.F.S.) pour établir des consignes d’utilisation à suivre :
 Les séries de Power Plate doivent être intégrées dans le protocole d’une séance de musculation «
classique » et non de manière séparée.
 Fréquence à utiliser pour séance de musculation Force max et puis max : 30 à 50 Hz (en
alternance)
 Amplitude haute (2,7mm) préférentiellement.
 Plutôt travailler avec une seule jambe à chaque fois pour optimiser les effets.
 Pas de pliométrie (CMJ, DJ) sur la plate-forme.
 Possibilité de combiner la série vibratoire avec une charge inférieure ou égale à 6RM pour
l’exercice effectué.
 Possibilité d’inclure des séries de 30’’ lors de l’échauffement.
 Possibilité d’inclure une surface instable sur le plateau de mousse de la Power Plate mais en
restant sur une stabilité facilement contrôlable.
 Soit garder les chaussures sans tapis mousse intercalé, soit faire les exercices pieds nus mais avec
tapis mousse intercalé.
 Possibilité de faire des étirements tenus ou de type PNF en mettant le muscle étiré en contact
avec la plate-forme.
 Forme de travail recommandée : 4 répétitions de 10’’ pour chaque muscle avec R = 10’’.
 Possibilité de préconiser l’utilisation de ces protocoles d’entraînement pour athlètes à faible
densité osseuse.
En l’absence de données suffisantes et en attendant des informations complémentaires, merci de ne
pas réaliser de protocole de récupération, de rééducation ou de réadaptation fonctionnelle avec la
Power Plate.
Références scientifiques
Da Silva ME, Fernandez JM, Castillo E, Nuñez VM, Vaamonde DM, Poblador MS, Lancho JL. Influence
of vibration training on energy expenditure in active men. J Strength Cond Res. 2007 May;21(2):470.
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Mester J. Hypoxia and mechanic : Stimuli, Stimulation and Response. International Congress on
Science and Skiing, 2007.
Mester J. Knochen und Muskel - Neue Welten - Interdisziplinärer Kongress mit Workshop
"Radiologische Osteoporosediagnostik". Deutsche Sporthochschule Köln. Vibrationsbelastung und
Vibrationstraining im Spitzensport. 01. - 03. November 2001.
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W, Mester J. Angiogenic growth factors and lactate distribution after short-term exercice under
hypoxic conditions and mechanical vibration stimuli. International Congress on Science and Skiing,
2007.
L’ensemble de cette action a été rendue possible par une collaboration tri partite :
De la F.F.S. : Nicolas Coulmy (Docteur en Biomécanique, Responsable du Département Sportif et
Scientifique F.F.S.). Les 2 Power Plate et les saturomètres utilisés proviennent d’un partenariat F.F.S..
Du C.R.E.P.S. PACA : Jean Sengès (Professeur de Sport. Responsable du C.R.O.P.S., formateur au
site de Boulouris), Julien Thollet (Préparateur Physique site de Boulouris et intervenant C.R.O.P.S.)
De la F.F.TRI. : Nicolas Becker (Responsable Pôle Espoir et entraîneur du groupe).
Photos : David Ortet.