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Mémoire de Maîtrise
Ergonomie du Sport et Performance Motrice (Nicolas
Giauque)
Effet du port d’une orthèse déstabilisante
sur les activités
électromyographiques des muscles péri-articulaires
de la cheville
| Effet du port
d’une orthèse déstabilisante
sur les activités électromyographiques
des muscles péri-articulaires de la cheville. |
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Table des matières :
I - CADRE THEORIQUE
II - METHODE
1 - Sujets
2 - Matériel
utilisé
3 - Tâche
et procédure
4 - Traitement
des données
5 - Analyse
Statistique
III - RESULTATS
IV - DISCUSSION
V - CONCLUSION ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE
I
- Cadre théorique :
Les diarthroses, ou articulations mobiles,
constituent avec les autres articulations le moyen d’union
des pièces du squelette entre elles. Ces diarthroses
sont constituées de différentes structures responsables
de la stabilité articulaire : les pièces osseuses
et cartilagineuses, la capsule articulaire, la membrane synoviale
et les structures de liaison telles que les ligaments (dont
les propriétés mécaniques sont similaires
à celles des tendons). Cependant, ces ligaments ont
une résistance mécanique insuffisante pour être
les seuls facteurs de stabilité articulaire. Ainsi,
grâce aux propriétés mécaniques
de ces dispositifs, l’articulation peut bouger suivant
un certain nombre d’axes de rotation (le nombre de degrés
de liberté), supporter et transmettre des pressions
importantes sans être lésée. Cependant,
le système musculo-squelettique, en supportant ces
pressions, est souvent soumis à des atteintes articulaires
; celles-ci peuvent aller de l’entorse bénigne
à la luxation. Ces atteintes, regroupant toutes les
atteintes des différentes structures composant l’articulation,
ont une incidence directe sur la stabilité de cette
dernière. La stabilité articulaire résulte
de l’activité musculaire et des éléments
passifs articulaires tels que les ligaments. Ainsi, après
une entorse, par exemple, il est possible de rencontrer des
situations d’instabilité articulaire. Blouin
et Bergeron (1997) définissent cette instabilité
comme une mobilité articulaire exagérée
par rapport à une perte d’amplitude articulaire.
La définition médicale de l'entorse de cheville
est la lésion d'un ligament n'entraînant pas
une perte permanente des rapports normaux d'une articulation.
Les ligaments sont des haubans tendus d'un os à un
autre autour ou au milieu de l'articulation. Leur rôle
est de permettre aux surfaces articulaires de rester bien
en contact lors des mouvements. Ils assurent ainsi, en partie,
la stabilité de l'articulation. C'est la lésion
de ce ligament qui définit l'entorse (si l'articulation
est revenue en place). Une entorse bénigne correspond
à une distension du ligament, sans rupture vraie. Elle
ne lui fait pas perdre son rôle de hauban articulaire.
Elle affecte habituellement le faisceau antérieur du
ligament, ou péronéo-astragalien antérieur,
tendu presque horizontalement du bord antérieur de
la malléole externe au col de l'astragale
Figure 1 : Cheville et
arrière pied de profil (calque d’après
radiographie) – en vert, les 3 faisceaux du ligament
latéral externe (péronéo-astragalien
antérieur, péronéo-calcanéen,
péronéo-astragalien postérieur). 1 :
malléole externe, 2 : pilon tibial, 3 : malléole
interne, 4 : astragale, 5 : tubercule antéro-externe
de l’astragale, 6 : scaphoïde tarsien, 7 : cuboïde,
8 : bec de la grande apophyse du calcanéum, 9 : sinus
du tarse, 10 : grande apophyse du calcanéum, 11 : grosse
tubérosité du calcanéum, 12 : tubercule
postérieur de l’astragale.
Les entorses du ligament latéral sont des lésions
très fréquentes (10000 nouveaux cas par jour
en France) (Brooks, Potter et Rainey, 1981). La population
sportive est très touchée par ce traumatisme,
en effet, il représente, tous sports confondus –
mais majoritairement dans les sports de ballon, 15 à
45 % des traumatismes sportifs (Ekstrand et Tropp, 1990 ;
Tiling, Bonk, Höher et Klein, 1994). La fréquence
et le coût de l’entorse de cheville sont des problèmes
de santé publique. Aux Etats-Unis, elle représenterait
24 000 cas par jour entraînant 5 millions d’examens
radiologiques annuels avec un coût global de 500 millions
de dollars. De ce fait, nombre de publications récentes
remettent en cause la prise en charge classique des entorses
de cheville.
Les méthodes de rééducation
dites « classiques » ne solutionnent pas le problème
car le taux de répétition pour une entorse du
ligament latéral de cheville chez les athlètes
est estimé entre 10 et 30 % (Peters, Trevino et Renstrom,
1991). L’instabilité de l’articulation
de la cheville peut être une instabilité mécanique
ou fonctionnelle. L’instabilité mécanique
est liée aux mesures de relâchement des ligaments
et l’instabilité fonctionnelle est définie
comme une récurrence des lésions (Eils et Rosenbaum,
2001). Une hypothèse annonce que cette instabilité
fonctionnelle chronique peut être expliquée par
un déficit neuromusculaire et proprioceptif (Freeman,
1965). Ces déficits neuromusculaires se traduisent
par un équilibre détérioré, une
réponse plus lente des muscles péroniers à
l’inversion de cheville, une vitesse de conduction du
nerf ralentie, une détérioration de la sensation
cutanée, un déficit de force et une gamme de
mouvements en dorsiflexion diminuée.
L’orthèse déstabilisante
est un appareil breveté permettant d’engendrer,
au cours de la mise en charge, une inversion de l’arrière
du pied. Son rôle est d’augmenter l’activité
musculaire de la cheville dans le but d’améliorer
le signal proprioceptif afin de diminuer la récurrence
des entorses du ligament latéral de la cheville responsable,
en partie, du contrôle de l’articulation. Elle
peut être utilisée en kinésithérapie
pour de la réhabilitation ou dans le cadre préventif
afin de diminuer la récurrence des entorses.
Ce dispositif se compose d’une tige englobant l’arrière
du pied et la cheville qui repose sur un mécanisme
articulé. Ce chausson d’arrière pied pivote
autour d’un axe disposé dans le plan horizontal
selon un angle de 45° par rapport à l’axe
sagittal et suivant une direction allant de dehors en dedans
et d’arrière en avant. Ce chausson dispose d’un
appui interne, réglable en hauteur, ce qui permet de
contrôler l’importance du valgus calcanéen.
La mise en charge d’un sujet sur ce dispositif provoque
automatiquement une inversion de l’arrière pied.
Le transfert de masse situé en dessus n’a aucune
incidence sur le verrouillage, seule une contraction musculaire
du tibialis anterior et des fibullaires autorise un appui
stable et une déambulation (cf. photo 1).
Photo 1 :
Orthèse de cheville en vue arrière.
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II – Méthode
:
1
– Sujets :
9 sujets (5 sujets féminins et 4 sujets masculins)
de moyenne d’âge 37 ± 12 ans et de poids
moyen 68 ± 17 kg et ne présentant pas de signes
de pathologie musculo-articulaire des membres inférieurs
ont été testés. Tous ont été
informés du déroulement du test.
2 - Matériel
utilisé :
De manière à apprécier l’effet
du port de l’orthèse déstabilisante, une
analyse électromyographique des muscles péri-articulaires
de la cheville a été réalisée.
Après préparation de la peau (rasage / dégraissage
au moyen d’une solution ether-alcool-acétone)
des électrodes jetables (Ag-AgCl de type F55) de 2
cm de diamètre ont été fixé au
niveau des points moteurs des muscle :
- Tibialis Anterior
- Peroneus Longus
- Peroneus Brevis
- Gastrocnemius Lateral
- Gastrocnemius Medial
Un enregistrement bipolaire des activités musculaire
a été réalisé au moyen du système
Megawin à une fréquence d’échantillonnage
de 1000 Hz.
3
- Tâche et procédure :
La tâche des sujets consistait à effectuer une
série de pas selon une direction rectiligne. La longueur
du trajet était de 6 m correspondant à 5 cycles
de marche en moyenne. Les consignes étaient de marcher
le plus naturellement possible (i.e. en gardant la tête
droite et le regard porté vers l’avant). Des
repères visuels fixés au sol permettaient aux
sujets de régler la longueur des pas de façon
à ce que les patrons de marche soient stables d’un
essai à l’autre.
Une fois disponibles les sujets étaient équipés
des électrodes de réception. Un premier test
de 4 min servait à déterminer leur 100% d’activation
au moyen de contractions maximales volontaires contre résistance
(i.e. dans des conditions de relative isométrie). Une
pause de 5 min leur permettait ensuite de récupérer.
Après quelques minutes d’échauffement
nécessaire à la stabilisation du rythme de marche,
il était demandé aux sujets d’effectuer
10 passages sur le parcours. Ces 10 passages s’effectuaient
sans et avec orthèse déstabilisante. L’ordre
de passage était aléatoire afin d’empêcher
tout effet d’apprentissage.
4 - Traitement
des données :
Données qualitatives : Lors d’un cycle de marche,
les mêmes muscles interviennent avec ou sans l’orthèse.
Contrairement au plateau de Freemann qui augmente l’activité
musculaire globale dans des situations « statiques »
(cf. figure 2), l’orthèse déstabilisante
permet de rééduquer en situation de marche (cf.
figure 3). Cela permet de faire travailler uniquement les
muscles directement impliqués dans la marche et de
respecter les patrons d’activation des muscles de la
marche. Le début d’activité ou T0 correspond
au moment où le sujet pose le talon sur le sol lors
d’un cycle de marche.
(Laboratoire de Modélisation des Activités Sportives
– Forestier 2003)
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| Figure 2 : Activité
électromyographique d’un sujet sur un plateau
de Freeman pour quatre groupes musculaires testés.
De haut en bas : Tibialis Anterior, Peroneus Longus, Peroneus
Brevis et Gastrocnemius Lateral. |
Figure 3 : électromyographique,
sur trois pas, d'un sujet en condition orthèse
pour trois groupes musculaires testés. De haut
en bas : Tibialis Anterior, Peroneus Longus et Peronus
Brevis. |
5
- Analyse Statistique :
Concernant les paramètres électromyographiques
liés à l’activation musculaire, les données
de l’étude ont été soumises à
une analyse de la variance (ANOVA) de type 2 Conditions (Normale
vs. Orthèse) x 5 Muscles (TA vs. PL vs. PB vs. GM vs.
GL) avec des mesures répétées sur l’ensemble
des paramètres. Une analyse post-hoc est utilisée
(Newman Keul test) lorsque nécessaire. Le seuil de
significativité est fixé à p < .05.
En ce qui concerne les paramètres
électromyographiques liés au délai d’activation
musculaire, les données de l’étude ont
été soumises à une analyse de la variance
(ANOVA) avec mesures répétées sur les
différentes variables. L’ANOVA est de type 2
Conditions (Normale vs. Orthèse) x 2 Muscles (PL vs.
PB). Le seuil de significativité est fixé à
p < .05. L’analyse est réalisée uniquement
sur les péroniers en raison de leur implication majeure
dans le contrôle de la stabilité et de l’angulation
de la cheville. En effet, ces derniers sont les premiers à
se contracter en réponse à une entorse du ligament
latéral de la cheville et sont ainsi essentiels pour
la stabilité dynamique de la cheville. De plus, les
muscles péroniers stabilisent latéralement le
complexe articulaire de la cheville en développant
des réponses réflexes protectrices lors des
mouvements rapides d’inversion du pied (Johnson et Johnson,
1993). Enfin, la première réaction musculaire
mesurée après l'inversion soudaine de la cheville
est une réponse électromyographique des muscles
péroniers (Konradsen, 1997). La plus longue réaction
en temps du Tibialis Anterior en comparaison des muscles péroniers
est due au fait que le Tibialis Anterior n’est pas directement
impliqué dans le mouvement d’inversion (Eils
et Rosenbaum, 2001).
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III – Résultats
:
Pourcentage d’activation des
différents muscles.
L’analyse de la variance fait apparaître une différence
en fonction de la condition de marche (Normale vs. Orthèse),
F(1,8) = 11.42 ; p < .01. Avec l’orthèse l’activation
musculaire des muscles péri-articulaire de la cheville
augmente (8,4 et 11,7%). Plus intéressant, un effet
croisé condition x muscle apparaît également,
F(4, 32) = 17,73, p < .0001. Comme le montre la figure
4, avec l’orthèse, l’activation musculaire
exprimée en pourcentage de la FMV augmente significativement
pour les muscles Tibialis Anterior (8.3 vs. 16.1%), Peroneus
Longus (10,6 vs. 16,6%) et Peroneus Brevis 7,7 vs 14,6%).
A l’inverse, ce pourcentage se stabilise pour les muscles
Gastrocnemius medial (8 vs. 5,4%) et lateral (7,5 vs. 5,6%).
Figure 4 : Effet
différencié du port de l’orthèse
déstabilisante sur les différents groupes musculaires
testés
Pour les paramètres électromyographiques liés
au délai d’activation musculaire, les résultats
de l’ANOVA sont traités en fonction de l’effet
condition (effet de l’influence du port de l’orthèse
sur les délais d’activation des péroniers
latéraux), de l’effet du muscle (effet du muscle
testé sur le délai d’activation) et de
l’effet croisé (effet du port de l’orthèse
sur les délais d’activation en fonction du muscle
testé).
Pour l’effet condition :
En ce qui concerne les délais d’activation, l’analyse
de la variance montre un effet extrêmement significatif
F(1,8) = 52,73 ; P < .001 ; le délai d’activation
des péroniers latéraux est inférieur
en condition orthèse qu’en condition normale
(respectivement 77 ms et 140 ms). De plus il existe une anticipation
de l’activité musculaire en présence de
l’orthèse déstabilisante (cf. figure 5).
Pour l’effet en fonction du
muscle :
En ce qui concerne le délai d’activation, l’analyse
de la variance ne montre pas d’effet significatif :
P = NS.
Pour l’effet croisé
:
En ce qui concerne les délais d’activation, l’analyse
ANOVA ne montre aucun effet significatif : P = NS.
(Laboratoire de Modélisation des Activités Sportives
– Forestier 2003)
Figure 5 : Activité
électromyographique d’un sujet pour trois groupes
musculaires testés.
De gauche à droite : condition normale, condition orthèse.
La pose du pied est notée grâce aux marqueurs
70, 71, 72, 122, 123, et 124.
Les ajustements posturaux anticipateurs
sont datés par l’apparition de la première
activité électromyographique. L’activité
électromyographique apparaît avant la pose du
pied en condition orthèse, (en condition normale le
temps d’activation moyen est de 140 ms après
la pose du talon sur le sol, en condition orthèse le
délai d’activation des péroniers latéraux
est anticipé de 77 ms.) Les activités EMG anticipatrices
sont phasiques : à la phasicité du mouvement
intentionnel répond celle des ajustements posturaux.
Elles sont organisées selon une séquence stable,
spécifique du mouvement projeté. Cela s’inscrit
dans l’hypothèse selon laquelle les mouvements
volontaires et les ajustements posturaux s’intègreraient
dans le même programme moteur.
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IV
– Discussion :
L’orthèse de cheville a pour
but de rééduquer et de prévenir les entorses
de chevilles. Les résultats présentés
ici montrent que cette rééducation, réalisée
au cours de la marche, aboutit à une meilleure stabilité
fonctionnelle de la cheville que les systèmes de rééducation
dits classiques.
En ce qui concerne les résultats liés au pourcentage
d’activation des muscles, l’augmentation de l’activation
des muscles périarticulaires avec l’orthèse,
s’explique par la déstabilisation engendrée
par l’orthèse. En effet, lors de la mise en charge,
l’orthèse entraîne une inversion du pied
qui contraint les muscles périarticulaires à
se contracter en vue de limiter et de contrer cette inversion.
L’effet croisé qui concerne l’augmentation
de l’activation musculaire du Tibialis Anterior, du
Peroneus Longus et du Peroneus Brevis, et la stabilisation
d’activation pour le Gastrocnemius Medial et Lateral,
est extrêmement intéressant. En effet, l’augmentation
d’activation des péroniers s’explique par
le fait que ces muscles sont directement liés au contrôle
et à la stabilité de l’angulation de cheville
(Hertel, 2000). Ainsi, lorsque l’on provoque volontairement
une inversion de cheville, ce sont ces muscles qui vont, en
majorité, lutter contre cette inversion en augmentant
leur activation en vue de fournir un meilleur signal proprioceptif.
Le fait que le Tibialis Anterior ait une activation augmentée,
n’est pas dû à son rôle dans le contrôle
du mouvement. Cette augmentation est uniquement liée
à l’orthèse elle-même. En effet,
lorsque l’orthèse est en place, seule une contraction
du Tibialis Anterior et des fibullaires autorise un appui
stable et une déambulation. Lors de la marche avec
l’orthèse, l’appui sur l’arrière
du pied est augmenté, ce qui contraint le Tibialis
Anterior à produire une activation musculaire plus
importante afin de permettre une déambulation.
La stabilisation d’activité musculaire du Gastrocnemius
Medial et du Gastrocnemius Lateral est induite par l’orthèse
elle-même. Lorsque l’orthèse est en place,
l’appui sur l’arrière du pied est augmenté
et celui sur l’avant du pied est supprimé. Lors
d’un cycle de marche « classique », l’activation
du Gastrocnemius intervient lorsque le sujet produit une phase
de poussée, c'est-à-dire lorsque celui-ci est
en appui sur l’avant du pied. La perte d’appui
engendrée par l’orthèse devrait donc provoquer
une diminution de l’activation du Gastrocnemius Médial
et Latéral. Cependant la non apparition de cette diminution
peut être expliquée par les activations spécifiques
engendrées par l’orthèse elle-même.
En ce qui concerne les délais d’activation, une
diminution du délai d’activation des péroniers
latéraux ainsi qu’une anticipation sont observées
en condition orthèse. Cet ajustement postural anticipé
est extrêmement intéressant lors de la rééducation
de la cheville après une entorse. Cette activation
musculaire proactive qui vise à lutter contre l’inversion
de cheville est en adéquation avec le mécanisme
de défense dynamique expliqué par Konradsen
(Konradsen & al. 1997). En réponse à la
future déstabilisation provoquée par l’orthèse,
le sujet met en place des stratégies anticipatrices.
Ces stratégies vont lui permettre de préparer
ses muscles au mouvement d’inversion de cheville engendré
par l’orthèse. La contraction musculaire intervenant
avant la pose du talon au sol va permettre une meilleure stabilisation
de la cheville lors du contact au sol. Cette anticipation
joue un rôle sécuritaire afin d’éviter
l’inversion de cheville.
L’orthèse n’entraîne pas de variabilité
de délai de l’activation musculaire. Le mouvement
de marche est dénaturé mais les patrons d’activations
ne le sont pas ; le patern musculaire reste identique dans
les deux conditions. Ce résultat est extrêmement
important pour la réhabilitation des entorses de cheville.
En effet, Lephart, Pincinero et Lozzi (1998) ont montré
qu’un programme de réadaptation devait intégrer
les trois niveaux de contrôle moteur. La programmation
motrice est rééduquée en conservant les
mêmes patrons d’activations, la fonction motrice
de la moelle épinière est rééduquée
grâce au maintien des activités posturales et
enfin, il est indispensable de favoriser la stabilisation
des réflexes grâce à des changements soudains
de position. Lors d’une rééducation avec
l’orthèse, les trois niveaux de contrôle
moteur sont pris en compte, ce qui n’est pas le cas
avec le plateau de Freeman ; ce dernier ne conservant absolument
pas les mêmes patrons d’activation de la marche.
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V – Conclusion
et perspectives :
Au travers de cette étude, nous
constatons que l’orthèse entraîne une véritable
spécificité musculaire. En effet, cette dernière
augmente uniquement les activations des muscles impliqués
dans la stabilisation de la cheville. Cette forme de rééducation
permet une spécificité de l’activation
musculaire pour de meilleurs résultats.
Cette orthèse entraîne un renforcement des muscles
directement impliqués dans le mécanisme qui
vise à lutter contre l’inversion de cheville.
En plus de rééduquer de façon active,
l’orthèse entraîne une contraction musculaire
anticipée ; cette contraction va donc durer plus longtemps
que lors d’une contraction en cycle de marche classique
(sans anticipation la contraction à une durée
plus courte). Cette augmentation de délai de contraction
peut permettre une rééducation plus rapide de
l’entorse de cheville.
Grâce à ce système (i.e. l’orthèse)
le sujet va pouvoir mettre en place des stratégies
pour lutter contre l’inversion de cheville. En effet,
en présence d’une entorse, il va produire une
réponse plus puissante avec un temps de réaction
plus court et une plus grande durée. Ces trois mécanismes
vont aider à lutter contre l’inversion de cheville
en conduisant à un renfort musculaire spécifique.
Les exercices proprioceptifs en vue de rééduquer
une articulation lésée sont plus que nécessaires.
Eils et Rosenbaum (2001) ont montré que les patrons
d’activations n’étaient pas dénaturés
avec des exercices proprioceptifs. Grâce à cette
orthèse, une meilleure rééducation des
entorses de chevilles est possible avec une rééducation
« active » (i.e. en condition de marche) qui met
en jeu des processus proprioceptifs. Ainsi, une diminution
des entorses récurrentes est attendue.
L’emploi de cette orthèse concerne plusieurs
domaines. Son utilisation en kinésithérapie
est indispensable afin de pratiquer une rééducation
fonctionnelle des entorses de cheville. Mais cette orthèse
peut également trouver sa place dans le domaine sportif
et notamment dans l’entraînement sportif afin
de renforcer les muscles directement impliqués dans
le mécanisme qui lutte contre l’inversion de
cheville. Les sportifs représentent une des populations
les plus touchées par ce traumatisme et notamment lorsque
ces derniers pratiquent des sports qui nécessitent
des sauts, des réceptions et des changements rapides
de direction (Ekstrand et Tropp, 1990 ; Tiling, Bonk, Höher
et Klein, 1994). Ainsi, en adaptant un entraînement
avec l’orthèse, ces derniers pourront prévenir
les risques de blessures en renforçant leur musculature
au niveau de la cheville.
Les recherches ultérieures s’attacheront à
étudier les réponses musculaires des orthèses
intégrées aux chaussures dans différentes
conditions (telles que le saut, la course, …).
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BIBLIOGRAPHIE
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