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Propriétés mécaniques actives et passives: Propriétés mécaniques actives et passives: Aspects théoriques et évaluation Aspects théoriques et évaluation Aspects théoriques et évaluation Aspects théoriques et évaluation Giuseppe Rabita Giuseppe Rabita Laboratoire de Biomécanique et Physiologie Laboratoire de Biomécanique et Physiologie

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Propriétés mécaniques actives et passives:Propriétés mécaniques actives et passives:

Aspects théoriques et évaluationAspects théoriques et évaluationAspects théoriques et évaluationAspects théoriques et évaluation

Giuseppe RabitaGiuseppe Rabita

Laboratoire de Biomécanique et PhysiologieLaboratoire de Biomécanique et Physiologie

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Références utilisées Références utilisées

-- BiomécaniqueBiomécanique GoubelGoubel--Lensel (Lensel (Masson)Masson)qq (( ))

-- Posture et mouvementsPosture et mouvements BouissetBouisset--Maton Maton

-- Entrez PubmedEntrez PubmedEntrez PubmedEntrez Pubmed

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PLANPLAN

1 1 -- Élasticité Élasticité –– raideur : généralitésraideur : généralités1.1 1.1 -- DéfinitionsDéfinitions1 21 2 Loi de HookeLoi de Hooke1.2 1.2 -- Loi de HookeLoi de Hooke1.3 1.3 -- Normalisation : module de YoungNormalisation : module de Young

2 2 -- Structures élastiques Structures élastiques ((ou viscoélastiquesou viscoélastiques))St uctu es é ast quesSt uctu es é ast ques ((ou scoé ast quesou scoé ast ques))2.1 2.1 -- Le tendon Le tendon 2.2 2.2 -- Le muscleLe muscle2 32 3 -- Le système musculoLe système musculo--tendineuxtendineux2.3 2.3 -- Le système musculoLe système musculo--tendineuxtendineux2.4 2.4 -- Le système musculoLe système musculo--articulairearticulaire2.5 2.5 -- système musculosystème musculo--squelettiquesquelettique

3.1 3.1 –– Raideur tendineuseRaideur tendineuse3 3 -- Méthodes de mesuresMéthodes de mesures

3 23 2 R id d l C E PR id d l C E P3.2 3.2 –– Raideur de la C.E.P.Raideur de la C.E.P.3.3 3.3 –– Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)3.4 3.4 –– Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire3 53 5 R id d tè lR id d tè l l ttil tti3.5 3.5 –– Raideur du système musculoRaideur du système musculo--squelettiquesquelettique

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PLAN PLAN

4 4 -- Facteurs d’influenceFacteurs d’influence4.1 4.1 –– Effet de la typologie musculaireEffet de la typologie musculaire4 24 2 Effet de l’âgeEffet de l’âge4.2 4.2 –– Effet de l’âgeEffet de l’âge4.3 4.3 –– Effet de la pratique sportive de haut niveauEffet de la pratique sportive de haut niveau4.4 4.4 –– Effet de l’entraînementEffet de l’entraînement

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1 1 -- Élasticité Élasticité –– raideur : généralitésraideur : généralités

1.1 1.1 -- DéfinitionsDéfinitions

RaideurRaideur : limitation plus ou moins grande de la mobilité: limitation plus ou moins grande de la mobilité

11èreère définitiondéfinition

RaideurRaideur : limitation plus ou moins grande de la mobilité : limitation plus ou moins grande de la mobilité d’une articulationd’une articulation

fait référence à la fait référence à la souplessesouplesse

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1 1 -- Élasticité Élasticité –– raideur : généralitésraideur : généralités

22èmeème définition (mécanique)définition (mécanique) ::

1.1 1.1 -- DéfinitionsDéfinitions

La tension La tension (F, en N)(F, en N) d’un ressort est proportionnelle à sa déformation élastique d’un ressort est proportionnelle à sa déformation élastique ((∆∆L, en m)L, en m)..La La constanteconstante de proportionnalité est la de proportionnalité est la raideurraideur kk (en N.m(en N.m--11))

F = F = kk . . ∆∆L L

∆∆LL∆∆LL

ElasticitéElasticité n. f. 1. n. f. 1. PropriétéPropriété des corps qui tendent à reprendre leur forme des corps qui tendent à reprendre leur forme première après avoir été déformés première après avoir été déformés (syn. réversible)(syn. réversible)

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1 1 -- Élasticité Élasticité –– raideur : généralitésraideur : généralités

1.2 1.2 -- Loi de HookeLoi de Hooke

Une structure répond à la Une structure répond à la loi de Hookeloi de Hooke lorsque la variation de la force (ou de la lorsque la variation de la force (ou de la pp q (q (tension) est directement proportionnelle à l’allongement de la structure tension) est directement proportionnelle à l’allongement de la structure ((comportement comportement hookienhookien))

A:A: La relation FLa relation F--L est linéaireL est linéaireA:A: La relation FLa relation F L est linéaireL est linéaire-- la la raideurraideur correspond à la pente de la relation :correspond à la pente de la relation :

K K = = ∆∆F /F / ∆∆LLi t li t l lili-- son inverse est la son inverse est la compliance compliance ::

CC == ∆∆L/L/ ∆∆FF

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1 1 -- Élasticité Élasticité –– raideur : généralitésraideur : généralités

B: B: Structure présentant un comportement nonStructure présentant un comportement non--linéaire linéaire

1.2 1.2 -- Loi de HookeLoi de Hooke

p pp p(structure (structure élastiqueélastique ne répondant pas à la ne répondant pas à la loi de loi de HookeHooke) :) :

-- pour un même incrément de la longueurpour un même incrément de la longueur kp gp g((∆∆LL1 1 = = ∆∆LL22))

la variation de force est de plus en plus la variation de force est de plus en plus importante (importante (∆∆FF >> ∆∆FF ))

k1

k2

importante (importante (∆∆FF2 2 > > ∆∆FF11))

Dans ce cas la raideur s’obtient en calculant laDans ce cas la raideur s’obtient en calculant laDans ce cas, la raideur s obtient en calculant la Dans ce cas, la raideur s obtient en calculant la dérivée (dF/dL) pour chaque valeur de Fdérivée (dF/dL) pour chaque valeur de F

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1 1 -- Élasticité Élasticité –– raideur : généralitésraideur : généralités

1.3 1.3 -- Normalisation : module de YoungNormalisation : module de Young

La technique de normalisation la plus utilisée consiste à exprimerLa technique de normalisation la plus utilisée consiste à exprimerLa technique de normalisation la plus utilisée consiste à exprimerLa technique de normalisation la plus utilisée consiste à exprimer-- la la forceforce par unité de section : par unité de section :

CONTRAINTECONTRAINTE ou stressou stress ((σσ, en MPa, en MPa))lala longueurlongueur en fonction de la longueur initiale :en fonction de la longueur initiale :-- la la longueurlongueur en fonction de la longueur initiale : en fonction de la longueur initiale :

DEFORMATIONDEFORMATION ou strainou strain ((εε = L= L--LL00/L/L00))

Le Le module de Youngmodule de Young (E) est déterminé par le rapport contrainte / (E) est déterminé par le rapport contrainte / déformation (E déformation (E // MM ))= = σσ / / εε, en Mpa, en Mpa))

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2 2 -- Structures élastiques Structures élastiques (ou viscoélastiques)(ou viscoélastiques)

Niveau cellulaireNiveau cellulaireFibres collagènesFibres collagènesFibres musculairesFibres musculaires

Niveau organiqueNiveau organiqueLe tendonLe tendonLe muscleLe muscleLe muscleLe muscleLe système musculoLe système musculo--tendineuxtendineux

Niveau polyNiveau poly--articulairearticulaireLe système musculoLe système musculo--articulairearticulaireLe système musculoLe système musculo--articulairearticulaireLe système musculoLe système musculo--squelettiquesquelettique

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2 2 -- Structures élastiques Structures élastiques (ou viscoélastiques)(ou viscoélastiques)

2.1 2.1 -- Le tendon : constitutionLe tendon : constitution

constitué principalement de constitué principalement de fibres collagènesfibres collagènes

jonctions jonctions jjmusculomusculo--tendineusetendineuse

continuité continuité en superficie avec le périmysiumen superficie avec le périmysiumen profondeur avec l’endomysiumen profondeur avec l’endomysiumen profondeur avec l endomysiumen profondeur avec l endomysium

ostéoostéo--tendineusetendineusecontinuité du collagène tendineux du fibrocontinuité du collagène tendineux du fibro cartilage puis de l’oscartilage puis de l’oscontinuité du collagène tendineux, du fibrocontinuité du collagène tendineux, du fibro--cartilage puis de l os cartilage puis de l os cortical cortical (changement tissulaire qui induit un changement graduel des (changement tissulaire qui induit un changement graduel des

ié é é i )ié é é i )

d t i id t i i

propriétés mécaniques)propriétés mécaniques)

organeorgane de transmissionde transmission

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2 2 -- Structures élastiques Structures élastiques (ou viscoélastiques)(ou viscoélastiques)

2.1 2.1 -- Le tendon : considérations mécaniquesLe tendon : considérations mécaniques

22

33Soumis à une charge axiale, sa déformation Soumis à une charge axiale, sa déformation n’est pas linéaire.n’est pas linéaire. 22

11 -- zone initiale incurvéezone initiale incurvée

11réorientation des fibres réorientation des fibres étiréesétirées

22 -- zone ascendantezone ascendante presque linéaire presque linéaire déformation élastique, réversible déformation élastique, réversible p qp q q ,q ,(le tendon transmet un grande tension à l’os en subissant une petite déformation)(le tendon transmet un grande tension à l’os en subissant une petite déformation)

33 -- zone plastiquezone plastique à partir du point de limite élastiqueà partir du point de limite élastique33 zone plastiquezone plastique à partir du point de limite élastique à partir du point de limite élastique -- grande déformation pour une petite variation de chargegrande déformation pour une petite variation de charge-- rupture irréversible des liaisons moléculaires et dissociation des fibrillesrupture irréversible des liaisons moléculaires et dissociation des fibrilles

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2 2 -- Structures élastiques Structures élastiques (ou viscoélast.)(ou viscoélast.)

2.2 2.2 -- Le muscle: constitution Le muscle: constitution

Le comportement du muscle Le comportement du muscle (en dehors (en dehors de toute considération nerveuse)de toute considération nerveuse) dépenddépendde toute considération nerveuse)de toute considération nerveuse) dépend dépend des des propriétés mécaniquespropriétés mécaniques liées à sa liées à sa structurestructure

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2 - Structures élastiques (ou viscoélastiques)

2.2 - Le muscle: modèle mécanique

Modèle du muscle à trois composantes (d’après Shorten 1987)Modèle du muscle à trois composantes (d’après Shorten 1987)Modèle du muscle à trois composantes (d après Shorten 1987)Modèle du muscle à trois composantes (d après Shorten 1987)

La La composante contractilecomposante contractile (CC)(CC)rend compte de la production de force générée par lesrend compte de la production de force générée par les

l tt h tl tt h t dét h t t ti t idét h t t ti t icycles attachementcycles attachement--détachement entre actine et myosinedétachement entre actine et myosine

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2 - Structures élastiques (ou viscoélastiques)

2.2 - Le muscle: modèle mécanique

Modèle du muscle à trois composantes (d’après Shorten 1987)Modèle du muscle à trois composantes (d’après Shorten 1987)Modèle du muscle à trois composantes (d après Shorten 1987)Modèle du muscle à trois composantes (d après Shorten 1987)

La La composante élastique sériecomposante élastique série (CES)(CES)-- la la fraction passivefraction passive rend compte principalement des propriétés élastiques rend compte principalement des propriétés élastiques

des des structures tendineusesstructures tendineuses..-- la la fraction activefraction active représente la résultante des représente la résultante des raideurs élémentairesraideurs élémentaires qui qui

existent au niveau des pontsexistent au niveau des ponts

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2 - Structures élastiques (ou viscoélastiques)

2.2 - Le muscle: modèle mécanique

Modèle du muscle à trois composantes (d’après Shorten 1987)Modèle du muscle à trois composantes (d’après Shorten 1987)Modèle du muscle à trois composantes (d après Shorten 1987)Modèle du muscle à trois composantes (d après Shorten 1987)

La La composante élastique parallèlecomposante élastique parallèle (CEP)(CEP)-- représente les effets des représente les effets des tissus conjonctifs et du sarcolemmetissus conjonctifs et du sarcolemme

rend également compte :rend également compte :-- rend également compte : rend également compte : •• de de l'interaction résiduellel'interaction résiduelle entre les protéines contractilesentre les protéines contractiles•• de la de la titinetitine

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2 - Structures élastiques (ou viscoélastiques)

2.2 - Le muscle: modèle mécanique

La La composante élastique parallèlecomposante élastique parallèle (CEP)(CEP)-- représente les effets des représente les effets des tissus conjonctifs et du sarcolemmetissus conjonctifs et du sarcolemme

rend également compte :rend également compte :-- rend également compte : rend également compte : •• de de l'interaction résiduellel'interaction résiduelle entre les protéines contractilesentre les protéines contractiles•• de la de la titinetitine

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2 2 -- Structures élastiques Structures élastiques (ou viscoélastiques)(ou viscoélastiques)

2.3 2.3 -- Le système musculoLe système musculo--tendineuxtendineux

N BN BN.B.N.B.

Si le modèle du Si le modèle du musclemuscle à 3 composantes rend également compte du à 3 composantes rend également compte du t t é i d tit t é i d ti t dit di il t f i til dil t f i til dcomportement mécanique des parties comportement mécanique des parties tendineusestendineuses, il est parfois utile de , il est parfois utile de

distinguer le muscle du système musculodistinguer le muscle du système musculo--tendineuxtendineux

Par exemplePar exemple-- chez l’animalchez l’animal, le comportement mécanique de la fibre musculaire , le comportement mécanique de la fibre musculaire

isolée peut être caractérisée en dehors des structures tendineusesisolée peut être caractérisée en dehors des structures tendineusespp

-- chez l’hommechez l’homme ((in vivoin vivo),), des méthodes permettent de caractériser des méthodes permettent de caractériser spécifiquementspécifiquementspécifiquement spécifiquement soit soit

-- la raideur du la raideur du tendontendonsoitsoitsoitsoit

-- la raideur du la raideur du complexe musculocomplexe musculo--tendineuxtendineux ((~~CES)CES)

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2 2 -- Structures élastiques Structures élastiques (ou viscoélastiques)(ou viscoélastiques)

2.4 2.4 -- Le système musculoLe système musculo--articulairearticulaire

Niveau hiérarchique supérieur au système musculoNiveau hiérarchique supérieur au système musculo--tendineuxtendineux

Caractérise également les Caractérise également les autres élémentsautres éléments de l’articulation (ligaments, de l’articulation (ligaments, différents liquides, peau)différents liquides, peau)

Les propriétés d’un tel système peuvent être caractériséesLes propriétés d’un tel système peuvent être caractérisées-- in vivoin vivo

ti l titi l ti d i léd i lé-- sur une articulation sur une articulation pseudo isoléepseudo isolée

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2 2 -- Structures élastiques Structures élastiques (ou viscoélastiques)(ou viscoélastiques)

2.4 2.4 -- Le système musculoLe système musculo--articulairearticulaire

Utilisation d’un modèle qui comporteUtilisation d’un modèle qui comporte

une composanteune composante élastiqueélastique (K)(K)-- une composante une composante élastiqueélastique (K)(K)-- une composante une composante visqueusevisqueuse (B)(B)-- une composante une composante inertielleinertielle (M)(M)

A la différence du modèle à 3 composantesA la différence du modèle à 3 composantes-- pas de correspondance entre les pas de correspondance entre les élément mécaniquesélément mécaniques (M, K, B) et les (M, K, B) et les

différentesdifférentes structures musculairesstructures musculaires (tendons tissus conjonctif matériel(tendons tissus conjonctif matériel

(Shorten et al., 1987)(Shorten et al., 1987)

différentes différentes structures musculairesstructures musculaires (tendons, tissus conjonctif, matériel (tendons, tissus conjonctif, matériel contractile…)contractile…)

-- il complète le modèle classique en décrivant le comportement du muscle il complète le modèle classique en décrivant le comportement du muscle i à di à d b é fb é f (( ïd lïd l ))soumis à des soumis à des perturbations spécifiquesperturbations spécifiques ((sinusoïdalessinusoïdales))

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2 2 -- Structures élastiques Structures élastiques (ou viscoélastiques)(ou viscoélastiques)

2.5 2.5 -- Le corps en tant que système masseLe corps en tant que système masse--ressortressort

Système musculoSystème musculo--squelettique pris squelettique pris dans sa globalitédans sa globalité

modèle massemodèle masse--ressort.ressort.

Chez l’homme, ce modèle permet Chez l’homme, ce modèle permet de rendre compte du de rendre compte du comportement du corps ou descomportement du corps ou descomportement du corps ou des comportement du corps ou des membres inférieurs lors membres inférieurs lors

-- de la locomotion (de la locomotion (marchemarche))

(Farley et (Farley et et et course)course)

-- de de sauts verticauxsauts verticauxMorgenroth., 1999)Morgenroth., 1999)

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3 3 -- Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 13 1 Raideur tendineuseRaideur tendineuse

Chez l’homme (in vivo) :Chez l’homme (in vivo) :-- imagerie par ultrasonsimagerie par ultrasons

3.1 3.1 –– Raideur tendineuseRaideur tendineuse

Le sujet doit être fixe et doit pouvoir Le sujet doit être fixe et doit pouvoir réaliser des contractionsréaliser des contractions isométriquesisométriques

g pg p

réaliser des contractions réaliser des contractions isométriquesisométriquessans mouvement de l’articulation sans mouvement de l’articulation considéréeconsidérée

Principe:Principe:Une sonde envoie un faisceau Une sonde envoie un faisceau

d’ lt S l l t d tid’ lt S l l t d tid’ultrasons. Selon la nature des tissus, d’ultrasons. Selon la nature des tissus, les ondes sont réfléchies avec plus ou les ondes sont réfléchies avec plus ou moins de puissance.moins de puissance. (Rosager et al., 2002)(Rosager et al., 2002)

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3 3 -- Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 13 1 Raideur tendineuseRaideur tendineuse

Chez l’homme (in vivo) :Chez l’homme (in vivo) :-- imagerie par ultrasonsimagerie par ultrasons

3.1 3.1 –– Raideur tendineuseRaideur tendineuse

Un point caractéristique (P) Un point caractéristique (P) est repéré sur le tendon.est repéré sur le tendon.

g pg p

pp

Le déplacement de P Le déplacement de P correspond àcorrespond à l’allongement (L)l’allongement (L)correspond à correspond à l allongement (L)l allongement (L)des structures du tendondes structures du tendon

L est mesuré pourL est mesuré pour différentsdifférentsL est mesuré pour L est mesuré pour différents différents niveaux de contractionniveaux de contractionisométrique.isométrique. (Kubo et al., 2002)(Kubo et al., 2002)

La La force exercé sur le tendon (F)force exercé sur le tendon (F) peut être obtenue à partir du couple (C) peut être obtenue à partir du couple (C) développé par le sujet.développé par le sujet.pp p jpp p j

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3 3 -- Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 13 1 Raideur tendineuseRaideur tendineuse

Chez l’homme (in vivo) :Chez l’homme (in vivo) :-- imagerie par ultrasonsimagerie par ultrasons

3.1 3.1 –– Raideur tendineuseRaideur tendineuse

La relation force / déplacement est La relation force / déplacement est tracée pour chaque niveau de contractiontracée pour chaque niveau de contraction

g pg p

tracée pour chaque niveau de contraction tracée pour chaque niveau de contraction maintenuemaintenue

La raideur tendineuse est calculée à La raideur tendineuse est calculée à partir du partir du rapport ∆F/∆Lrapport ∆F/∆L

Module de YoungModule de YoungAfin de normaliser les données de force en fonction de la section du tendon, une Afin de normaliser les données de force en fonction de la section du tendon, une

(Rosager et al., 2002)(Rosager et al., 2002)

méthode d’imagerie par résonance magnétique (méthode d’imagerie par résonance magnétique (IRMIRM) est associée.) est associée.

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 23 2 Raideur de la C E PRaideur de la C E P

Chez l’animal (in vitro)Chez l’animal (in vitro)

3.2 3.2 –– Raideur de la C.E.P.Raideur de la C.E.P.

Sur Sur muscle isolémuscle isolé

LaLa relation forcerelation force--longueurlongueur passivepassive ::La La relation forcerelation force longueur longueur passivepassive : : s'obtient en plaçant le muscle s'obtient en plaçant le muscle inactivéinactivé à à différentes longueurs et en mesurant différentes longueurs et en mesurant pour chacune d'elles la forcepour chacune d'elles la forcepour chacune d elles la force pour chacune d elles la force développée.développée.

L b b l ib i d l CEPL b b l ib i d l CEP (W itti t l 1993)(W itti t l 1993)La courbe obtenue montre que la contribution de la CEP La courbe obtenue montre que la contribution de la CEP est nulle aux alentours de la longueur de repos (Lest nulle aux alentours de la longueur de repos (L00))

(Woittiez et al., 1993)(Woittiez et al., 1993)

AuAu--delà de cette longueur, la tension augmente de manière delà de cette longueur, la tension augmente de manière exponentielle (Jewell et Wilkie, 1958)exponentielle (Jewell et Wilkie, 1958)

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 23 2 Raideur de la C E PRaideur de la C E P

Chez l’homme (in vivo)Chez l’homme (in vivo)

3.2 3.2 –– Raideur de la C.E.P.Raideur de la C.E.P.

Relation Relation couplecouple--angle angle

Sur Sur musclemuscle––pseudo isolépseudo isolé

pp ggpassifpassif

S'assurer de l'absenceS'assurer de l'absenceS assurer de l absence S assurer de l absence d'activité musculaire (d'activité musculaire (EMGEMG))

l'interprétation en termesl'interprétation en termesl'interprétation en termes l'interprétation en termes d'évaluation de la CEP doit d'évaluation de la CEP doit être réalisée avec précaution être réalisée avec précaution (i i i(i i i(in situ, expression (in situ, expression mécanique de la CEP peu mécanique de la CEP peu importante (Goubel, 1992). importante (Goubel, 1992).

(Gadjosik et al., 1999)(Gadjosik et al., 1999)

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)

Chez l’animal (in vitro)Chez l’animal (in vitro)-- QuickQuick--releaserelease

3.3 3.3 –– Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

Le muscle (ou la fibre) Le muscle (ou la fibre)

QuickQuick releaserelease-- Controled releaseControled release

isolé(e) est maintenu(e) isolé(e) est maintenu(e) dans un état de contraction à dans un état de contraction à une longueur proche de Lune longueur proche de L00g pg p 00(afin d’éviter l’intervention (afin d’éviter l’intervention de la CEP).de la CEP).

1 1 -- la CES est étirée lors de la contraction musculaire.la CES est étirée lors de la contraction musculaire.22 -- on impose très rapidementon impose très rapidement ::2 2 on impose très rapidementon impose très rapidement ::

une une diminution de tensiondiminution de tension (∆P, technique du (∆P, technique du quickquick--releaserelease),),on mesure alors la variation de longueur (∆L)on mesure alors la variation de longueur (∆L)

uneune variation de longueurvariation de longueur (∆L technique du(∆L technique du controlledcontrolled releaserelease))une une variation de longueurvariation de longueur (∆L, technique du (∆L, technique du controlledcontrolled--releaserelease))on mesure la variation de tension correspondante(∆P).on mesure la variation de tension correspondante(∆P).

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)Chez l’animal (in vitro)Chez l’animal (in vitro)-- QuickQuick--releaserelease

3.3 3.3 –– Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

-- Controled releaseControled release

La mesure des paramètres est effectuée immédiatement à la fin de la perturbationLa mesure des paramètres est effectuée immédiatement à la fin de la perturbationLa mesure des paramètres est effectuée immédiatement à la fin de la perturbation La mesure des paramètres est effectuée immédiatement à la fin de la perturbation mécaniquemécanique

afin que seules les propriétés de la CES soient prises en compteafin que seules les propriétés de la CES soient prises en compteafin que seules les propriétés de la CES soient prises en compteafin que seules les propriétés de la CES soient prises en compte(avant que la composante contractile, toujours activée, n’ait pu ré(avant que la composante contractile, toujours activée, n’ait pu ré--étirer la étirer la CES). CES).

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)Chez l’animal (in vitro)Chez l’animal (in vitro)-- QuickQuick--releaserelease

3.3 3.3 –– Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

Les courbes sont de nature Les courbes sont de nature exponentiellesexponentielles

-- Controled releaseControled release

exponentiellesexponentiellescroissance de la raideur croissance de la raideur

avec la forceavec la force

Les paramètres retenus sont:Les paramètres retenus sont:Les paramètres retenus sont:Les paramètres retenus sont:-- la la raideur à Praideur à P00 (tension lorsque le muscle est à sa longueur de repos L(tension lorsque le muscle est à sa longueur de repos L00))-- l’extension négative maximale (l’extension négative maximale (∆∆LmaxLmax) nécessaire pour annuler la ) nécessaire pour annuler la

t it itensiontension-- L’aire L’aire comprise sous la courbe : qui correspond àcomprise sous la courbe : qui correspond à l’énergie potentielle l’énergie potentielle

élastique élastique que peut emmagasiner laque peut emmagasiner la CESCES

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)3.3 3.3 –– Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

Chez l’homme Chez l’homme

Les méthodes Les méthodes in vitroin vitro sont adaptées sont adaptées à l'étude à l'étude in vivoin vivo

-- le sujet exerce une contraction le sujet exerce une contraction isométrique sur un bras de levier isométrique sur un bras de levier i bili bilimmobileimmobile-- l'expérimentateur provoque la l'expérimentateur provoque la variation rapide de tension en variation rapide de tension en débloquant le bras de levierdébloquant le bras de levier

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)3.3 3.3 –– Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

Chez l’homme Chez l’homme

Les premières millisecondes du Les premières millisecondes du dé l d l' bldé l d l' bldéplacement de l'ensemble déplacement de l'ensemble "membre"membre--bras de levier" bras de levier" dépendent principalement de la dépendent principalement de la restitution d'énergie potentielle restitution d'énergie potentielle emmagasinée par la CESemmagasinée par la CES lors de lors de son étirement pendant la son étirement pendant la ppcontraction isométrique initialecontraction isométrique initiale

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)3.3 3.3 –– Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

Chez l’homme Chez l’homme

Traitement des donnéesTraitement des données::Traitement des donnéesTraitement des données::Dans Dans une fenêtre de 20ms après la libération du moteurune fenêtre de 20ms après la libération du moteur

-- ∆θ∆θ"/"/∆θ∆θCisoCiso-- CisoCiso

KKMTMT = = ∆θ∆θ" / " / ∆θ∆θ ⋅⋅ IIEn vertu de RFD En vertu de RFD

ΣΣM = IM = I ⋅⋅ θθ''''ΣΣM I M I θθon obtient on obtient la relation classique permettant de caractériser une raideur angulairela relation classique permettant de caractériser une raideur angulaire

KKMTMT = = ∆∆M / M / ∆θ∆θ

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)3.3 3.3 –– Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

Chez l’homme Chez l’homme

NormalisationNormalisation::L’indice de raideur retenuL’indice de raideur retenu IRmtIRmtL indice de raideur retenu L indice de raideur retenu IRmtIRmt

correspond à la pente de la relation correspond à la pente de la relation entre Kmt et le Coupleentre Kmt et le Couple

Cet indice à un double avantage Cet indice à un double avantage b i i d db i i d d-- obtenir un index de obtenir un index de

raideur indépendant du niveau de raideur indépendant du niveau de couple développécouple développé

-- éviter l’utilisation du éviter l’utilisation du couple maximal volontaire (CMV) ou couple maximal volontaire (CMV) ou de la section du muscle pour de la section du muscle pour ppnormaliser la raideur de la CESnormaliser la raideur de la CES

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 43 4 Raideur musculoRaideur musculo articulairearticulaire

L éth d tili lL éth d tili l dèl K B Idèl K B I tt

3.4 3.4 –– Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire

La méthode utilise le La méthode utilise le modèle K B I modèle K B I et et permet de caractériser les propriétés permet de caractériser les propriétés viscoélastiques du système musculoviscoélastiques du système musculo--articulaire considéréarticulaire considéré

Perturbations sinusoïdales

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 43 4 Raideur musculoRaideur musculo articulairearticulaire3.4 3.4 –– Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire

Principe :Principe :L’ergomètre impose des perturbations deL’ergomètre impose des perturbations deL ergomètre impose des perturbations de L ergomètre impose des perturbations de position de l’articulation dansposition de l’articulation dans

-- des des conditions activesconditions actives,,(ex : 20 40 60 ou 80% du CMV(ex : 20 40 60 ou 80% du CMV(ex : 20, 40, 60 ou 80% du CMV(ex : 20, 40, 60 ou 80% du CMV-- ou ou passivespassives (sujet relaché)(sujet relaché)

Les perturbations sont imposées à différentes fréquencesLes perturbations sont imposées à différentes fréquencesLes perturbations sont imposées à différentes fréquencesLes perturbations sont imposées à différentes fréquencesex chez l’homme : de 4 à 16Hzex chez l’homme : de 4 à 16Hz

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 43 4 Raideur musculoRaideur musculo articulairearticulaire3.4 3.4 –– Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire

Traitement des données :Traitement des données :ϕϕ

∆ C

Sont calculés pour chaque fréquence:Sont calculés pour chaque fréquence:-- le rapport d’amplitude entre la le rapport d’amplitude entre la

variation de couple et la variation de variation de couple et la variation de 0 ∆∆ θθ

∆ Cpppositionposition

-- le déphasage de ces deux le déphasage de ces deux signauxsignauxsignauxsignaux

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 43 4 Raideur musculoRaideur musculo articulairearticulaire3.4 3.4 –– Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire

Les Les ajustementsajustements montrent que le système musculomontrent que le système musculo--articulaire (ici de la articulaire (ici de la cheville) peut être représenté par un cheville) peut être représenté par un modèle de second ordremodèle de second ordre d’où sont extraites les d’où sont extraites les constantes constantes K, B et IK, B et I qui représentent la contribution de la raideur , de la viscosité et qui représentent la contribution de la raideur , de la viscosité et ,, q p ,q p ,de l’inertie au de l’inertie au couplecouple (C)(C) en réponse à la en réponse à la perturbation (perturbation (θθ))

AA

-5

0

(dB

∆∆C

)C

) C C (t)(t) = = II··θθ’’’’(t)(t) + + BB··θθ’’(t)(t) + + KK··θθ(t)(t)

dB)

15

-10

Com

plia

nce

1010((∆∆

θθ/ / ∆∆

plia

nce

(d

-20

-15

Gai

n de

C20

log

20 lo

g11C

omp

-251 10 100

Fréquence (Hz)

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 43 4 Raideur musculoRaideur musculo articulairearticulaire3.4 3.4 –– Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire

NormalisationNormalisation::L’indice de raideur retenuL’indice de raideur retenu IRIRMAMA

450L indice de raideur retenu L indice de raideur retenu IRIRMAMAcorrespond à la pente de la relation correspond à la pente de la relation entre entre KKMAMA et le Coupleet le Couple

y = 6,7749x + 41,683R2 = 0,9942

250300350

400

m/ra

d

100150200

250

KMA

(Nm

050

0 20 40 60

Couple (Nm)

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 53 5 Raideur du système musculoRaideur du système musculo squelettiquesquelettique3.5 3.5 –– Raideur du système musculoRaideur du système musculo--squelettiquesquelettique

Lors de la course ou d’une suite de sautsLors de la course ou d’une suite de sauts

les actions des éléments du corps dans son ensembleles actions des éléments du corps dans son ensemble(muscles, tendons, ligaments)(muscles, tendons, ligaments)

sont intégrées par le SNC sont intégrées par le SNC de manière à ce que le de manière à ce que le système musculosystème musculo--squelettique globalsquelettique global

se comporte tel un se comporte tel un simple système masse simple système masse -- ressortressortpp p yp y

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 53 5 Raideur du système musculoRaideur du système musculo squelettiquesquelettique3.5 3.5 –– Raideur du système musculoRaideur du système musculo--squelettiquesquelettique

UneUne plateformeplateforme dede forceforce recueillerecueille lesles forcesforces dede réactionréaction auau solsol (reflet(reflet desdes forcesforceséé ll ))exercéesexercées parpar lele corps)corps)

permet de quantifier permet de quantifier p qp qla la raideur des membres inférieursraideur des membres inférieurs

UneUne analyseanalyse vidéovidéo àà hautehaute fréquencefréquence ((100100 àà 500500 imagesimages parpar secondes)secondes) peutpeut êtreêtreiéiéassociéeassociée..

ElleElle permetpermet àà l’aidel’aide dede réflecteursréflecteurs disposédisposé sursur lesles axesaxes articulairesarticulaires (cheville,(cheville, genougenouhanche,hanche, épaule)épaule) dede connaîtreconnaître lesles positionspositions articulairesarticulaires instantanéesinstantanées..

La synchronisation des données cinétiques et cinématiquesLa synchronisation des données cinétiques et cinématiquespermet de quantifier permet de quantifier

la la raideur spécifique de chaque articulationraideur spécifique de chaque articulation

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 53 5 Raideur du système musculoRaideur du système musculo squelettiquesquelettique3.5 3.5 –– Raideur du système musculoRaideur du système musculo--squelettiquesquelettique

La La raideur des membres inférieursraideur des membres inférieurs KKlegleg est est l lé l t tl lé l t tcalculée par le rapport entrecalculée par le rapport entre

-- la la force maximaleforce maximale de réaction au de réaction au sol sol (F(Fmaxmax))

-- le le déplacement maximal dudéplacement maximal du CG CG pendant le contact au sol (pendant le contact au sol (∆∆L)L)

(L est obtenue par double intégration du (L est obtenue par double intégration du signal d’accélération déduit du signal de signal d’accélération déduit du signal de force d’après force d’après ΣΣF = ma)F = ma)

Ceci est possible du fait que Ceci est possible du fait que FF et et ∆∆L L sont sont p qp qmaximaux au même moment maximaux au même moment (Farley et al., (Farley et al., 1999)1999)

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3 3 –– Méthodes de mesuresMéthodes de mesures3 53 5 Raideur du système musculoRaideur du système musculo squelettiquesquelettique3.5 3.5 –– Raideur du système musculoRaideur du système musculo--squelettiquesquelettique

LaLa raideur articulaireraideur articulaire KK est calculée par leest calculée par leLa La raideur articulaireraideur articulaire KKJJ est calculée par le est calculée par le rapport entrerapport entre

-- lele Moment articulaireMoment articulaire ((∆∆MMJJ))lele déplacement ang lairedéplacement ang laire dede-- le le déplacement angulairedéplacement angulaire de de

l’articulation l’articulation ((∆θ∆θJJ))

Les Moments articulaires sont obtenus parLes Moments articulaires sont obtenus parLes Moments articulaires sont obtenus par Les Moments articulaires sont obtenus par l’utilisationl’utilisation

-- d’un chaînon rigided’un chaînon rigidede modèles anthropométriquesde modèles anthropométriques-- de modèles anthropométriquesde modèles anthropométriques

-- de l’utilisation de la dynamique de l’utilisation de la dynamique inverse (Jinverse (Jθθ’’= ’’= ΣΣM)M)

Farley et Morgenroth., Farley et Morgenroth., 19991999

Kuitunen et al..Kuitunen et al..20022002