Power plate : comment fonctionne l'entraînement par vibrations ?

L'entraînement local par vibrations procure un peu plus de force aux personnes âgées selon une étude récente de la Katholieke Universiteit Leuven[1]. Pour moi, c'est l'occasion d'approfondir le principe de l'entraînement par vibrations et les recherches sur son efficacité.

Entraînement par vibrations

Pour être honnête, j'ai toujours porté un regard assez sceptique, voire condescendant, sur les soi-disant Powerplates (plateformes vibrantes/plaques vibrantes) et sur les personnes qui les utilisent. Sans m'y intéresser ne serait-ce qu'une seconde, j'avais déjà rangé le phénomène parmi les énièmes produits commerciaux qui exploitent habilement le désir de beaucoup de tout avoir en faisant le moins possible. Un peu comme les soi-disant fatburners qui rapportent chaque année des millions grâce à des personnes qui ne sont pas prêtes à surveiller leur alimentation ou à bouger suffisamment, mais qui veulent quand même avoir la silhouette de leurs rêves.

Oui, j'avais des préjugés et je voyais les choses de façon très sombre. Peut-être à tort, semble-t-il, car en théorie il y a tout de même des arguments en faveur des plaques vibrantes. Lisez aussi les autres parties :

Partie 2 : Entraînement par vibrations et force

Partie 3 : Entraînement par vibrations et perte de poids

Histoire de l'entraînement par vibrations

L'entraînement par vibrations n'est pas apparu ces dernières années. Pendant la période 1880-1900, John Harvey Kellog (oui, celui des cornflakes) travaillait déjà avec des chaises et des plateformes vibrantes dans son sanatorium du Michigan, aux États-Unis [2,3]. À partir des années soixante du siècle dernier, les développements sont surtout venus d'Allemagne de l'Est et de Russie [4,5]. En Russie, des applications pratiques pour les athlètes ont été étudiées [3,5] et des expériences ont été menées pour les astronautes (ou plutôt « cosmonautes ») qui, dans l'espace, doivent faire face à une fonte musculaire due à l'absence de gravité.

Cette atrophie musculaire limite en effet la durée pendant laquelle les êtres humains peuvent séjourner dans l'espace. L'actuel Centre allemand pour l'aéronautique et l'astronautique ainsi que l'ESA (European Space Agency) expérimentent également différents types d'entraînement par vibrations en plus d'autres formes d'entraînement [6]. Ce sont donc littéralement des spécialistes des fusées. Apparemment, ces entraînements par vibrations ont tout de même quelque chose d'intéressant. En pratique, l'entraînement par vibrations n'a finalement jamais été utilisé dans l'espace parce que l'équipement nécessaire est trop lourd.

Sur Wiki, on peut d'ailleurs lire que la NASA aurait ajouté des vibrations au tapis de course et au vélo de la station spatiale ISS afin d'en tester l'effet. Le site de la NASA lui-même montre pourtant exactement l'inverse : la NASA a justement veillé à minimiser les vibrations provoquées par le tapis de course, le vélo et leur utilisation afin de transmettre le moins de vibrations possible à la station [7].

Comment fonctionne l'entraînement par vibrations ?

Je reviendrai encore à la question « L'entraînement par vibrations fonctionne-t-il ? », mais je vais d'abord aborder la théorie de son fonctionnement.

Pensez de nouveau aux astronautes. À cause de l'absence de gravité, ils n'ont pas besoin des muscles de leurs jambes pour rester debout. Les muscles des bras, du dos, de la poitrine et des épaules doivent travailler beaucoup moins dur pour mettre les bras en mouvement. Par hasard, je regardais encore la semaine dernière un documentaire intitulé « Human Universe, Apeman-Spaceman ». Des astronautes y parlaient de leur retour sur Terre dans la capsule Soyouz. On y voyait comment les astronautes devaient être sortis de la capsule puis transportés jusqu'à l'hélicoptère, incapables de tenir debout sur leurs propres jambes.

Si l'absence de gravité entraîne une dégradation de la masse musculaire, une gravité supplémentaire entraînerait-elle davantage de masse musculaire ? Selon la science-fiction, oui. Pensez au méchant dans Buck Rogers, qui est superfort parce qu'il vient d'une planète où la gravité est beaucoup plus forte. Si cela ne vous dit rien (tout le monde n'est pas un nerd ayant grandi dans les années 80), pensez alors à Superman, qui doit ses pouvoirs au fait que la gravité sur sa planète d'origine est beaucoup plus élevée que sur Terre.

L'entraînement par vibrations repose sur le même concept, même si personne ne suppose que cela vous permettra au final de voler, de tirer des lasers avec les yeux ou d'affliger toutes les belles femmes de votre entourage d'un cancer parce que vous les déshabillez chaque jour avec vos yeux à rayons X.

Forces G de la plaque vibrante

La gravité est en fait une accélération causée par la masse d'un objet ; elles sont en tout cas ressenties de la même manière. La « gravité standard » (en toutes lettres : « l'accélération standard causée par la gravité ») est l'accélération d'un objet dans le vide à proximité de la Terre sous l'effet de la gravité. Cette gravité standard est de 9,80665 m/s². Sans entrer dans la notion de « seconde au carré » (longue explication de physique), je vais montrer ce que cela signifie pour l'entraînement par vibrations.

Dans le cas des plaques vibrantes, la « gravité » correspond aux fameuses forces G provoquées par l'accélération que votre corps produit en continu sous l'effet des vibrations. Après tout, à chaque mouvement vers le haut, votre corps se met en mouvement vers le haut, puis ralentit jusqu'à l'arrêt avant d'accélérer de nouveau vers le bas. Cette accélération vaut aussi latéralement, vers l'avant et vers l'arrière, selon le type de plaque vibrante. À l'aide de la formule à droite, ces forces G sont calculées (d = déplacement maximal de crête à crête, f = fréquence, g = gravité). La lettre « a » dans la formule indique le rapport entre la gravité normale et la force générée par l'accélération. Si « a » vaut par exemple « 2 », cela signifie que vous ressentez à cet instant la gravité comme deux fois plus lourde.

Très intéressant, et bien sûr vous avez déjà ressorti votre calculatrice du lycée, mais je vais donner un exemple simple afin de laisser les calculs de côté. Si vous avez une plaque vibrante qui parcourt de haut en bas une distance de 6 millimètres avec une fréquence de 30 Hz (elle monte et descend 30 fois en une seconde), cela augmente la gravité d'un facteur 7,7. Il devient donc presque 8 fois plus difficile de rester debout. Du moins, ce serait le cas si les tissus de votre corps n'amortissaient pas une partie des vibrations [8 à 11]. C'est du moins ce qui ressort du poids avec lequel les gens peuvent par exemple effectuer des squats, poids qui est plus élevé que si cela était réellement 8 fois plus lourd que la normale. De plus, il apparaît que les fréquences indiquées par les fabricants diminuent souvent à mesure que la personne qui se tient dessus est plus lourde [12]. Chez quelqu'un de 80 kilos, la fréquence diminuerait de 15 à 20 pour cent, ce qui réduirait les forces G de 30 à 35 pour cent.

Un problème dans les recherches sur l'entraînement par vibrations est que l'on ne sait souvent pas comment la fréquence a été mesurée. Cela peut donner une image erronée de l'effet exact d'une plaque vibrante, mais nous y reviendrons dans la partie suivante.

L'idée simple derrière l'entraînement par vibrations est donc que la gravité (ressentie) est augmentée, ce qui accroît l'intensité d'un exercice. Les muscles doivent travailler plus dur et réagiront en se développant davantage, ce qui vous rendra plus fort (10,13).

Tonic vibration reflex

Il existerait cependant une deuxième manière, plus complexe, par laquelle l'entraînement par vibrations produit des effets positifs : le soi-disant Tonic Vibration Reflex [14]. Dans l'article sur les étirements, nous avons déjà traité le réflexe d'étirement : un système qui fait que lorsqu'un muscle est soudainement étiré, il se contracte automatiquement pour se protéger (afin de ne pas être distendu). Les fameuses cellules nerveuses sensorielles (ou cellules nerveuses « afférentes ») travaillent avec les « fuseaux neuromusculaires » qui mesurent l'étirement des fibres musculaires (ce qui vous permet notamment de savoir si vos bras sont tendus ou non sans regarder). Ces cellules nerveuses deviennent, sous l'effet des vibrations, plus sensibles à l'étirement des muscles. Les motoneurones alpha sont alors davantage activés, et ils sont directement responsables du déclenchement de la contraction des fibres musculaires.

Si vous avez lu cela trois fois, vous pensez probablement : Et alors ?

Lorsque vous contractez un muscle, vous ne contractez jamais toutes les fibres musculaires de ce muscle. Le nombre de fibres musculaires que vous utilisez dépend du nombre de « neurones moteurs » activés. Les « unités motrices » se composent de neurones moteurs et des fibres musculaires qu'ils activent. Un seul neurone moteur commande plusieurs fibres musculaires réparties dans le muscle. Lorsque nous constatons qu'une force (ou une augmentation de force) ne peut pas s'expliquer par la taille du muscle, la réponse se trouve souvent dans la capacité à activer de nombreuses unités motrices en même temps, et donc à mettre davantage de fibres musculaires au travail. À l'entraînement, nous voyons donc d'abord la force augmenter, puis seulement ensuite la masse musculaire, grâce à l'amélioration du pilotage des muscles. De cette manière, vous exploitez mieux le potentiel de vos muscles, tout comme les voitures de sport européennes savent généralement tirer davantage de puissance de leur moteur que les voitures américaines.

Selon les recherches, la conséquence du tonic vibration reflex et de l'activation des neurones moteurs pourrait être une meilleure utilisation du potentiel du muscle [15,16,17]. Je traiterai ces études plus en détail dans la partie suivante.

Effets hormonaux de l'entraînement par vibrations

Il existe peut-être encore une troisième manière par laquelle les plaques vibrantes pourraient être efficaces. Quelques chercheurs se sont penchés sur les effets de l'entraînement par vibrations sur votre équilibre hormonal, notamment la testostérone et l'hormone de croissance [18,19,20].

Dans l'une de ces études, dix sujets sont restés 15 minutes sur une plaque vibrante sans rien faire [19]. Cela n'a eu aucun effet (significatif) sur les niveaux de testostérone ou d'hormone de croissance. Dans une étude où ils effectuaient des squats isométriques (donc en restant immobiles en « position assise »), un effet a bien été observé [18]. Dans cette étude, l'hormone de croissance a augmenté de 300 % et la testostérone a montré une légère hausse de 7 %. Pour cette étude, on peut se demander : « Était-ce dû au squat isométrique ou la plaque vibrante elle-même avait-elle aussi un effet ? ». C'est pourquoi l'étude de Kvorning et collègues est intéressante [20]. Ils ont en effet comparé trois situations : squatter sans poids sur une plaque vibrante, squatter avec poids (8-10RM) sans plaque vibrante et, enfin, squatter avec poids (8-10RM) sur la plaque vibrante. C'est surtout la comparaison entre ces deux dernières situations qui doit démontrer la valeur ajoutée de la plaque vibrante. Ils ont mesuré immédiatement après l'exercice et 15 minutes plus tard. Le squat avec poids sur la plaque vibrante a produit la plus forte augmentation de l'hormone de croissance (20 % directement après l'entraînement et 23 % après 15 min). La plaque vibrante + squat a donc entraîné une augmentation plus importante de l'hormone de croissance que le squat seul (4 % et 5 %). Ce qui frappe toutefois aussi, c'est que squatter sans poids sur la plaque vibrante provoquait une augmentation plus importante de l'hormone de croissance (7 % et 12 %) que squatter avec poids sans plaque vibrante.

Conclusion partie I : l'entraînement par vibrations fonctionne en théorie

Nous avons pu lire qu'en théorie, il existe suffisamment d'arguments en faveur de l'utilisation d'une plaque vibrante et de l'entraînement par vibrations en général. L'accélération provoquée par les vibrations génère des forces G plus élevées, le tonic vibration effect fait que les muscles sont utilisés plus efficacement et l'entraînement sur une plaque vibrante peut avoir un effet positif sur la testostérone et l'hormone de croissance.

Partie II : efficacité de l'entraînement par vibrations dans la pratique

Dans la partie suivante sur l'entraînement par vibrations, nous verrons ce que tout cela signifie en pratique. Cette possible hausse de la testostérone et de l'hormone de croissance entraîne-t-elle aussi davantage de croissance musculaire ou de combustion des graisses ? Devient-on réellement plus fort et plus musclé grâce au tonic vibration effect et aux forces G plus élevées ? Vous le lirez bientôt sur FITsociety !

Références

1. Tankisheva, Ekaterina MD; Bogaerts, An PhD; Boonen, Steven MD, PhD; Delecluse, Christophe PhD; Jansen, Paul; Verschueren, Sabine M.P. PhD. Effects of a 6-month local vibration training on bone density, muscle strength, muscle mass and physical performance in postmenopausal women. Journal of Strength & Conditioning Research:Post Acceptance: May 16, 2015
2. lifestylelaboratory.com/portfolio_john/discovery-center.html
3. Issurin, VB, Liebermann, DG, and Tenenbaum, G. Effect of vibratory stimulation training on maximal force and flexibility. J Sports Sci 12: 561-566, 1994.
4. Biermann, W. "Influence of cycloid vibration massage on trunk flexion". American Journal of Physical Medicine1960 (39): 219–224.
5. Kunnemeyer J, Schmidtbleicher D.: Die neuromuskulaire stimulation RNS, Leistungssport 2: 39-42, 1997.
6. "Mars 500 Scientific Protocols". European Space Agency. Retrieved 31 January 2013.
7. nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/976.html
8. Crewther, B, Cronin, J, and Keogh, J. Gravitational forces and whole body vibration implications for prescription of vibratory stimulation. Phys Ther Sport 5: 37-43, 2004
9. Owen, GJ. The influence of whole body vibration on knee extensor stiffness and functional performance. Master's thesis, Auckland University of Technology, Auckland, New Zealand, 2004.
10. Roelants, M, Verschueren, SMP, Delelecluse, C, Levin, O, and Stijnen, V. Whole-body-vibration-induced increase in leg muscle activity during different squat exercises. J Strength Cond Res 20: 124-129, 2006.
11. Yue, Z, Kleinoder, H, and Mester, J. A model analysis of the effects of wobbling mass on whole-body vibration. Eur J Sport Sci 1: 1-19, 2001.
12. Donaldson, C and Ross, A. Whole body vibration: useful or useless for athletes. Presented at: New Zealand Academy of Sport (South) Strength and Conditioning Forum, Dunedin, New Zealand, 2006.
13. Cardinale, M and Lim, J. Electromyography activity of vastus lateralis muscle during whole-body vibrations of different frequencies. J Strength Cond Res 17: 621-624, 2003.
14. Martin, BJ and Park, H. Analysis of the tonic vibration reflex: influence of vibration variables on motor unit synchronization and fatigue. Eur J Appl Physiol 75: 504-511, 1997.
15. Bosco, C, Cardinale, M, Tsarpela, O, Colli, R, Tihanyi, J, Von Duvillard, S, and Viru, A. The influence of whole body vibration on jumping performance. Biol Sport 15: 157-164, 1998.
16. Bosco, C, Colli, R, Introini, E, Cardinale, M, Iacovelli, M, Tihanyi, J, Von Duvillard, S, and Viru, A. Adaptive responses of human skeletal muscle to vibration exposure. Clin Physiol 19: 183-187, 1999.
17. McBride, JM, Porcari, JP, and Scheunke, MD. Effect of vibration during fatiguing resistance exercise on subsequent muscle activity during maximal voluntary isometric contractions. J Strength Cond Res 18: 777, 2004
18. Bosco, C, Iacovelli, M, Tsarpela, O, Cardinale, M, Bonifazi, M, Tihanyi, J, Viru, M, De Lorenzo, A, and Viru, A. Hormonal responses to whole-body vibration in men. Eur J Appl Physiol 81: 449-454, 2000
19. Di Loreto, C, Ranchelli, A, Lucidi, P, Murdolo, G, Parlanti, N, De Cicco, A, Tsarpela, O, Bosco, C, Sauteusanio, F, Bolli, GB, and De Feo, P. Effects of whole-body vibration exercise on the endocrine system of healthy men. J Endocrinol Invest 27: 323-327, 2004.
20. Kvorning, T, Bagger, M, Caserotti, P, and Madsen, K. Effects of vibration and resistance training on neuromuscular and hormonal measures. Eur J Appl Physiol 96: 615-625, 2006.