Outils d’évaluation Biomécanique de la Locomotion Etudiant PDF

Outils d’évaluation Biomécanique de la locomotion Enseignant Pr Nicolas Peyrot Faculté des Sciences, Le Mans Université Département STAPS – Laboratoire MIP  Organisation de l’enseignement - 6h CM sur les efforts articulaires : Abdel Rahmani - 4h CM...

Outils d’évaluation Biomécanique de la locomotion Enseignant Pr Nicolas Peyrot Faculté des Sciences, Le Mans Université Département STAPS – Laboratoire MIP  Organisation de l’enseignement - 6h CM sur les efforts articulaires : Abdel Rahmani - 4h CM et 2h TP sur l’analyse de la marche : Nicolas Peyrot - 4h CM et 2h TP sur l’analyse de la course à pied : Nicolas Peyrot - 8h TP projet d’analyse de la locomotion (marche ou course) : Boris Matkowski Recherche biblio sur une problématique en lien avec l’APA Définir un protocole et le réaliser expérimentalement Traiter les données et les présenter (tableaux et graphs) Ecrire un article sous forme d’un acte de congrès  Analyse biomécanique de la marche La marche Translation du corps consécutive à des mouvements de rotations segmentaires Biomécanique Bioénergétique Moyen fessier Psoas- iliaque Grand fessier Quadriceps Biceps fémoral Triceps Tibial antérieur sural Métabolisme aérobie Long et court Long extenseur fibulaires de l'hallux Long fléchisseur de l'hallux ► Analyse spatio-temporelle : phases Substrats + O2 => CO2 + H2O du cycle de marche + Chaleur ► Analyse cinématique : trajectoire, vitesse et accélération des différents segments Énergie métabolique nécessaire à la ► Analyse cinétique : force, moment contraction musculaire de force, puissance, travail mécanique  Analyse biomécanique de la marche Accélérer les segments Travail mécanique Déplacer le centre de masse (CM) Énergie Contraction métabolique musculaire Supporter le poids Travail du corps isométrique Contrôle de l’équilibre 4 Analyse biomécanique de la marche Les phases d’un cycle de marche Viel (2000) Pose du talon gauche Balancement droit ~10 % ~40 % ~10 % ~40 % Cycle de marche (100 %) Tv gauche Tc gauche TDC droit TDC gauche TDC droit Tc droit Tv droit Analyse biomécanique de la marche Début du contact Phase Phase d’appui d’oscillation Contact initial : - Hanche en flexion ~ 30°, - Genou en flexion ~ 0 a 5° - Cheville en position neutre Analyse biomécanique de la marche Début du contact Milieu Phase Phase d’appui d’oscillation Mise en charge Membre d’appui reçoit l’ensemble du poids du corps et - Extension hanche amortissement - Flexion genou jusqu'à ~ 10°, puis extension - Flexion dorsale cheville jusqu'à ~ 10° Sollicitation des muscles extenseurs du genou Analyse biomécanique de la marche Début du contact Milieu Fin du contact Phase Phase d’appui d’oscillation Mise en charge Phase - Extension hanche et de - Flexion genou amortissement propulsion - Flexion plantaire cheville Sollicitation des muscles extenseurs de la hanche et/ ou de la cheville Stratégie de hanche ou de cheville ? Analyse biomécanique de la marche Début du contact Milieu Fin du contact Phase Phase d’appui d’oscillation Mise en charge Phase et de Préparation de la phase oscillante : amortissement propulsion - Poids du corps se transfère du coté opposé. Pré-oscillation - Flexion rapide du genou  Analyse biomécanique de la marche Début du contact Milieu Fin du contact Attention « toe clearance » (dégagement des orteils) Phase Phase d’appui d’oscillation Mise en charge Phase Le membre se « raccourcit » pour permettre le et de amortissement passage du pas : propulsion - Flexion hanche jusqu'à ~ 25 - 30° - Flexion genou jusqu'à ~ 60°, puis extension https://www.youtube.com/watch?v=RAE_RpfGeUc - Retour position neutre cheville  Analyse biomécanique de la marche Toe clearance (dégagement des orteils) Dadashi et al. (2013)  Analyse biomécanique de la marche Analyse cinématique de la marche 0 25% 50% 75% 100% 0 25% 50% 75% 100% 0 25% 50% 75% 100% Analyse biomécanique de la marche Pattern d’activation musculaire Gottschall and Kram (2005) Analyse biomécanique de la marche Analyse cinétique et spatio-temporelle de la marche  Analyse biomécanique de la marche Analyse cinétique et spatio-temporelle de la marche Personnes saines 1,2 pas droit pas gauche Paramètres Valeurs Paramètres Valeurs 1,1 Forces verticales (% poids de coprs) 1,0 Durée de cycle/foulée droit Pic de mise en charge droit 0,9 (s) (%PC) 0,8 Durée de cycle/foulée Pic de mise en charge 0,7 gauche (s) gauche (%PC) 0,6 Creux d'allègement droit Durée du pas droit (s) 0,5 (%PC) 0,4 Creux d'allègement gauche Durée du pas gauche (s) 0,3 (%PC) 0,2 Durée du contact pied droit Pic de propulsion vertical 0,1 (s) droit (%PC) 0,0 Durée du contact pied Pic de propulsion vertical 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 gauche (s) gauche (%PC) Temps (s) Durée appui unipodal droit 60 Pic de freinage droit (N) pas droit pas gauche (s) 50 Durée appui unipodal 40 Pic de freinage gauche (N) gauche (s) Forces antero-postérieures (N) 30 Durée de balancement Pic de propulsion antéro- 20 membre inférieur droit (s) postérieur droit (N) 10 0 Durée de balancement Pic de propulsion antéro- 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 -10 membre inférieur gauche (s) postérieur gauche (N) -20 Durée de double contact -30 jambe droite devant (s) -40 -50 Durée de double contact jambe gauche devant (s) -60 Temps (s) Fréquence de pas (Hz) Analyse biomécanique de la marche Analyse cinétique et spatio-temporelle de la marche Patients post-AVC hémiparétiques (↘ recrutement volontaires des UM) Bowden et al. (2006) Analyse biomécanique Biomécanique de la marche de la marche Déplacement du CM Vertical Médio-latéral (M-L) Plan sagittal Plan transversal 0,7 m.s-1 Déplacement du CM (cm) 1 m.s-1 1,2 m.s-1 1,6 m.s-1 Vitesse préférée Orendurff et al. (2004) Médio-latéral vertical Analyse biomécanique de la marche Largeur de pas Largeur de pas Longueur de pas Stabilisation latéral du CM Déplacement M-L Rose Gamble (1994) du CM / largeur de pas Analyse biomécanique de la marche Largeur de pas Donelan et al. (2001) Analyse biomécanique de la marche Moments de force articulaires Viel (2000) Analyse biomécanique de la marche Analyse biomécanique Biomécanique de la marche de la marche Mécanisme de pendule inversé (Cavagna et al. 1976) Mécanisme de conservation d’énergie mécanique Appui Double monopodal contact Pendule inversé Kuo et al. 2005 Marche = succession d’arcs de cercles Analyse biomécanique Biomécanique de la marche de la marche du sujet obèse Adaptation du schéma de marche : exemple Double contact Appui monopodal Double contact Appui monopodal droit droit gauche gauche 10 % 40 % 10 % 40 % normo-pondérale 12 % 38 % 12 % 38 % obèse Hills & Parker (1991, 1992) Spyropoulos et al. (1991)… Durée des phases de marche ≠ Augmente la stabilité lors de la marche  Analyse biomécanique Biomécanique de la marche de la marche du sujet obèse Adaptation du schéma de marche : exemple Plus grande largeur de pas :  À cause de la plus grande circonférence des cuisses : gène  Pour augmenter la stabilité Normo-pondéraux Obèses Largeur de pas (m) de + 30 à 100% Spyropoulos et al. (1991) Hills & Parker (1991) Browning et al. (2007) Browning et al. (2007) Vitesse (m.s-1) Analyse biomécanique de la course à pied Course : 180 pas / min => 10 800 pas / h ⇒ Chocs ⇒ Atténués par le coureur - Mécanismes naturels Les os les articulations les disques intervertébraux les activations et pré-activations musculaires Analyse biomécanique de la course à pied Course : 180 pas / min => 10 800 pas / h ⇒ Chocs ⇒ Atténués par le coureur - Intervention Amorti de la chaussure cinématique de la foulée Analyse biomécanique de la course à pied Le choix de la chaussure ! Analyse biomécanique de la course à pied « motion control » Technology Hauteur de l’arche du pied ? Pronateur, supinateur, neutre ? Analyse biomécanique de la course à pied Impact Envol Impact Envol pied droit pied droit pied gauche pied gauche Phase de contact Phase de suspension Phase de contact droit gauche Analyse biomécanique de la course à pied longueur pas gauche longueur pas droit Temps pas gauche Temps pas droit longueur d’un cycle de course = longueur de la foulée Temps d’un cycle de course = Temps de foulée ATTENTION : Langage courant, 1 foulée = 1 pas…  Analyse biomécanique de la course à pied Fréquence de pas (Hz) 1 Fréquence de pas = (cadence) Temps de pas (s) Exemple : Temps de pas = 0,350 s Fréquence de pas = 1/0,350 = 2,86 Hz 2,86 Hz * 60 = 171 pas/min Analyse biomécanique de la course à pied Dorn et al. 2012  Analyse biomécanique de la course à pied FOULÉE Pronation normale : NEUTRE absorption des chocs au niveau du pied FOULÉE SUPINATRICE FOULÉE PRONATRICE  Analyse biomécanique de la course à pied - Déformation en valgus du genou :  Genu valgum, ou genou en X Pronation - Rotation interne de la jambe excessive  Analyse biomécanique de la course à pied Mesure en statique : Diff. de hauteur naviculaire/sol Angle d’éversion du calcanéum - Pronateur en charge et décharge - Supinateur - Neutre ? Empruntes au sol Longitudinal Arch Angle  Analyse biomécanique de la course à pied Images radiographiques en statique et en dynamique lors du contact du pied au sol en course à pied Normal en statique hyperpronation en dynamique Pas de lien entre mesures statiques et Hyperpronation en statique dynamiques…. Normal en dynamique  Analyse biomécanique de la course à pied Chaussures «Motion control » : Contrôle de la pronation…  Analyse biomécanique de la course à pied Images radiographiques en dynamique lors du contact du pied au sol en course à pied / Chaussure Cheung (SR) 2011, Rose 2011, MacLean 2009, Stacoff 2000, Gheluwe 1999 Les technologies « antipronateurs » intégrées dans la chaussure ne contrôlent pas la pronation ni la biomécanique des membres inférieurs  Analyse biomécanique de la course à pied Myer 2011, Ryan 2011, Knapik 2010-2009, Richards 2008 Les technologies « antipronateurs » intégrées dans la chaussure ne diminuent pas l’incidence des blessures Blaise Dubois : La clinique du coureur  Analyse biomécanique de la course à pied Coureur Coureur arrière-pied Médio / avant-pied Cavanagh & Lafortune (1980) Technique de pose de pied  Analyse biomécanique de la course à pied Coureur Coureur arrière-pied Médio / avant-pied Flexion genou Flexion cheville Projection du CM Almeida et al. (2015) Technique de pose de pied  Analyse biomécanique de la course à pied Plan sagittal Course pratiquée 800m – 1500m : 27% 42% 31% Hayes et Caplan (2012) 800m – 10 km : 69% 0% 31% Daoud et al. (2012) Semi-marathon : 78% 20% 2% Hasegawa et al. (2007) Distance Marathon : 94% 5% 1% Kasmer et al. (2013) Jogger : 95% 4,1% Larson et al. (2011) 1% De Almeida et al. (2014) Fatigue Talon augmentent de 88 à 93% entre le 10ème et le 32ème km d’un marathon  Analyse biomécanique de la course à pied Pose de pied Contraintes biomécaniques Moments musculaires Impacts Forces articulaires Onde de choc Talon / Avant-pied  Analyse biomécanique de la course à pied Travail au niveau des articulations : Phase d’amorti Hanche 13,7% 11,9% Stearne et al. (2014)  Analyse biomécanique de la course à pied Travail au niveau des articulations : Phase d’amorti Hanche 13,7% 11,9% Genou ++ 41,1% 25,7% Stearne et al. (2014)  Analyse biomécanique de la course à pied Travail au niveau des articulations : Phase d’amorti Hanche 13,7% 11,9% Genou ++ 41,1% 25,7% Cheville 45,2% 62,4% ++ Stearne et al. (2014)  Analyse biomécanique de la course à pied Travail au niveau des articulations : Phase de propulsion NS Stearne et al. (2014)  Analyse biomécanique de la course à pied Force exercée sur le tendon d’Achille Force moyenne : + 11% Avant-pied Almonroeder et al. (2013)  Analyse biomécanique de la course à pied Fléchisseurs plantaires : arrière-pied vs médio / avant-pied Coureurs médio/avant-pied : + 0,28 N.m / kg (niveau et sexe contrôlés) ⇒ + grande force des fléchisseurs plantaires Coureurs (n = 119) Liebl et al. (2014)  Analyse biomécanique de la course à pied Fléchisseurs plantaires : arrière-pied vs médio / avant-pied Raideur et surface du tendon d’Achille Kubo et al. (2014) Coureurs élites longue distance (n = 41)  Analyse biomécanique de la course à pied Contraintes sur l’articulation fémoro-patellaire Pic de force : -27 % Force moyenne : -12 % Avant-pied Vannatta et al. (2014)  Analyse biomécanique de la course à pied Impacts en course à pied Onde de choc Lafortune (1991) Munro et al. (1975) ; Paul et al. (1978) ; Voloshin et Wosk (1980)  Analyse biomécanique de la course à pied Impacts en course à pied - Pic passif = Impact talon au sol : 1,6 – 2,2 x poids de corps - Pic actif = propulsion : 2,4 – 2,9 x poids de corps Daoud et al. (2012) Zadpoor et Nikooyan (2011)  Analyse biomécanique de la course à pied Impacts en course à pied IMPACT = Vitesse de mise en charge « loading Rate » Daoud et al. (2012) Zadpoor et Nikooyan (2011)  Analyse biomécanique de la course à pied Impacts en course à pied et pose du pied Almeida et al. (2015) Arrière-pied Médio / avant-pied Daoud et al. (2012) Williams et al. (2000) Impact ↘ : - 27 % à - 47 % Kulmala et al. (2013) Shih et al. (2013)  Analyse biomécanique de la course à pied Impacts en course à pied et pose du pied Avant-pied Talon m × ∆V Fv = ∆t Vitesse de mise en charge (IMPACTS) Goss & Gross (2012) Perl et al. (2012)  Analyse biomécanique de la course à pied Augmenter la fréquence de pas (170 – 190 ppm) Δh m × ∆V Fv = ∆t Vitesse de mise en charge (IMPACTS) Nigg & Liu (1999)  Analyse biomécanique de la course à pied Augmenter la fréquence de pas (170 – 190 ppm) Petites foulées Grandes foulées Vitesse de mise en charge Angle du pied / sol lors du contact (IMPACTS) Analyse biomécanique de la course à pied Diminuer l’amorti de la chaussure Les comportements modérateurs d’impacts : « Amorti actif » Vitesse de mise en charge (IMPACTS)  Analyse biomécanique de la course à pied Diminuer l’amorti de la chaussure TRS = Trad Runnig Shoes MAX = gros amorti Chan (2018)  Analyse biomécanique de la course à pied Impacts en course à pied et blessure Arrière-pied Fracture de fatigue tibiale Milner et al. (2006) Pohl et al. (2008) Zadpoor et Nikooyan (2011) Aponévrosite plantaire Impacts Pohl et al. (2009) +++ Lien entre blessures et impacts uniquement chez des coureurs arrière-pied  Analyse biomécanique de la course à pied Contrainte en torsion et blessure Historique Fracture de fatigue fracture tibiale Milner et al. (2006) Pas de fracture Moment libre +++ Lien entre blessures et torsion uniquement chez des coureurs arrière-pied  Analyse biomécanique de la course à pied Technique de pose de pied et blessure - Blessures traumatiques (i.e. entorses, déchirures musculaires...) : NS - Blessures répétitives : 2 x + chez arrière-pied vs avant-pied Coureurs < 10 000 m Daoud et al. (2012)  Analyse biomécanique de la course à pied En conclusion - Impacts en course à pied => Blessures musculosquelettiques - Impacts plus faibles chez les coureurs médio- avant-pied - Les coureurs médio- avant-pied sont moins blessés Est-ce que les coureurs médio- avant -pied sont moins blessés car ils ont des impacts plus faibles ?  Analyse biomécanique de la course à pied 107 coureurs d’ultra-trail inclus 75 % arrière-pied et 25 % médio / avant-pied 69 H / 38 F âge : 39 ans (19 - 60 ans) IMC : 22,9 kg/m2 6 mois et + Tests Biomécanique de la course Propriétés musculaires Blessures rétrospectives Suivi prospectif Blessures Analyse biomécanique de la course à pied Biomécanique de la course Capacités musculaires Pose du pied (arrière, médio / avant-pied) Fréquence de pas Vitesse de confort Force, vitesse et puissance des membres inférieurs Impacts isométrique et dynamique Torsion Biomécanique de la foulée Blessures / entraînement  Blessures d’hypersollicitation  Blessures traumatiques  Volume / type d’entraînement Analyse biomécanique de la course à pied Identification du pattern de course par analyse vidéo Analyse biomécanique de la course à pied Impacts en course à pied Coureur arrière-pied Coureur médio / avant-pied Pic passif Absence de pic passif « net » Valeur de l’impact Valeur de l’impact Impact ↘ : - 22 %  Analyse biomécanique de la course à pied Blessures d’hypersollicitation : 80% Arrière-pied vs 81,5% médio / avant pied : NS Ultra-trail 63,5% - 80,4% (6mois - 2 ans) Jogger 30% Sur 3 mois Hespanhol Junior et al. (2013) Ultramarathon 64,6% Hoffman et al. 2014 Marathon 19 - 75% Van Gent et al. (2007) Krabak et al. (2011, 2013) Van Middelkoop et al. (2008)  Analyse biomécanique de la course à pied Régions les plus touchées Genou Région lombaire/ bassin 43 % des blessures 21 % des blessures Jambe 25% des blessures  Analyse biomécanique de la course à pied Prévalence / région Genou Région lombaire/ bassin 64,5 % des sujets 31,8 % des sujets Jambe 38,3% des sujets  Analyse biomécanique de la course à pied Blessures d’hypersollicitation : 80,4 % (période de 2 ans) Arrière-pied Médio / avant-pied nbre blessures nbre blessures (NS ) 1,6 ± 1,4 1,3 ± 0,9 blessures jambe × 5 (0,5 ± 0,7 vs. 0,1 ± 0,3) ↗ Syndrome de stress du tibia interne (MTSS) ↗ Tendinopathie d'Achille  Analyse biomécanique de la course à pied Les principales blessures en Ultra-trail / pose du pied Tendinite du TFL Prévalence : 27,1 % Prévalence : 40,7 % 22,5 % NS Incidence : 7,7 % 6,4 % NS Lopes et al. (2012) Prévalence : 4,7% Tendinite rotulienne Prévalence : 14 % Prévalence : 18,5 % 12,5 % NS Incidence : 7,7 % 1,3 % NS Lopes et al. (2012) Prévalence : 6,3 – 18,5 %  Analyse biomécanique de la course à pied Les principales blessures en Ultra-trail / pose du pied MTSS Impacts prédictifs du risque de Prévalence : 8,4 % développer un Syndrome de stress Prévalence : 0% 11,3 % * du tibia interne Lopes et al. (2012) : Prévalence : 7,8 – 11,1 % Nagelkerke R2 = 0,224 Tendinite du tendon d’Achille Prévalence : 15 % Prévalence : 7,4 % 17,5 % NS Incidence : 0% 9% * Lopes et al. (2012) : Prévalence : 2,0 – 18,5 % Analyse biomécanique de la course à pied ↗ contrainte mécanique fléchisseurs plantaires ↘ Tendinopathie d'Achille Analyse biomécanique de la course à pied Travail excentrique : Modifie la coordination motrice entre GM et GL ?  Charge + homogène sur le tendon d'Achille  Prévention des blessures musculo-squelettiques ↗ contrainte mécanique fléchisseurs plantaires ↘ Tendinopathie d'Achille  Analyse biomécanique de la course à pied Conclusion : Impacts significativement plus faibles chez les coureurs médio/avant-pied (-22%) Blessures d’hypersollicitation élevées (80,4 % des coureurs)  Pas de ≠ce entre les ultra-traileurs arrière-pied vs médio/avant-pied Blessures d’hypersollicitation / jambe  5 × plus de blessures chez les ultra-traileurs arrière-pied !  Syndrome de stress du tibia interne (MTSS) IMPACTS!  Tendinite du tendon d’Achille Effet protecteur Wexc. ?  Analyse biomécanique de la course à pied Perspectives : Est-ce qu’un coureur arrière pied devrait modifier sa technique de pose de pied pour diminuer les risques de blessures liées aux impacts en course à pied ?  Analyse biomécanique de la course à pied Comment peut-on modifier la foulée d’un coureur arrière-pied ? Petites foulées Grandes foulées Apprentissage Augmenter la fréquence de pas Modifier l’interface Feedback en temps réel + 10 – 15 % sol / pied : chaussures Crowell and Davis (2011) Heiderscheit et al(2011) ; Hobara et al (2012) Dickinson et al. (1985) Technique medio / avant-pied  Analyse biomécanique de la course à pied Quelle stratégie réduit le mieux les impacts ? Combinaison Chaussures minimalistes NS Aléatoire Freq. foulée +10 % NS Trop faible => 15 % ↘ Impacts : -55,6 % ± 29,2 Technique médio-pied ↘ Impacts : -56,9 % ± 50,0 Giandolini, Arnal, Millet, Peyrot, Samozino, Dubois & Morin (2013) European journal of applied physiology  Analyse biomécanique de la course à pied Sur le terrain : Certains coureurs varient naturellement les techniques de pose de pied en fonction : nature du terrain, pente, fatigue… Mais, d’autres non…. Capacités musculaires spécifiques ? Genou + fléchi, - amplitude => ↗ raideur Cheville : ↗ préactivations et activation des fléchisseurs plantaires Hamill et al. (2015); Kulmala et al. (2013) ; Shih et al. (2013)  Analyse biomécanique de la course à pied Faut-il des capacités musculaires spécifiques pour varier les techniques de pose de pied ? Modification de l’interface pied – sol : Chaussure vs. Pieds nus 33 % Persistants arrière-pied 76 % Arrière-pied 43 % Shifters 24 % Médio / avant-pied 24 % Persistants avant-pied Rivière, Dalleau, Poinsot, Caron, Caderby, Bonazzi & Peyrot (en soumission) Int J Sports Med  Analyse biomécanique de la course à pied Faut-il des capacités musculaires spécifiques pour varier les techniques de pose de pied ? *** ** * 10 3500 9 p = 0,08 Force ext. Genou (N/kg) 3000 8 7 2500 RFD (N/s) 6 2000 5 4 1500 3 1000 2 500 1 0 0 Persistants arrière- Shifters Persistants avant- Persistants arrière- Shifters Persistants avant- pied pied pied pied Résultats à confirmer Perspective : Etude des variations de techniques de pose de pied sur terrain Rivière, Dalleau, Poinsot, Caron, Caderby, Bonazzi & Peyrot (en soumission) Int J Sports Med Analyse biomécanique de la course à pied Course : 180 pas / min 10 800 pas / h ⇒ Chocs atténués (ou pas…) par le coureur 85  Analyse biomécanique de la course à pied Reprise de l’activité physique, personnes obèses… - Courir avec moins d’impacts - Comportements modérateurs, moins attaquer avec le talon - Fréquence : 170 -180 pas / min - Faire « moins de bruit » - Chaussures légères adaptées à la course mais sans trop d’amorti ni de technologie  Analyse biomécanique de la course à pied Reprise de l’activité physique, personnes obèses… Avant la pratique de la course à pied : - Réaliser un renforcement musculaire afin de mieux contrôler les charges au niveau des articulations ! - Alterner marche – course pour commencer - progressif ! Pour limiter les blessures et les troubles musculo-squelettiques En cas de douleur : - Repos pour limiter les risques Heather et al. 2013 - Privilégier les activités portées ! Vélo, natation…