Etude du mouvement
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ISOCINETISME
I- Introduction.
En 1967 apparaît l'isocinétisme aux États-Unis par HISLOP et PERRINE. Né pour répondre aux
besoins de la NASA qui voulait évaluer l’atrophie musculaire consécutive aux vols spatiaux en apesanteur.
James PERRINE définit les bases d’un dynamomètre iso cinétique capable de mesurer en temps réel toutes
les variables d’un variable du mouvement d’une articulation prise isolément. Ce concept va englober le
mode de contraction musculaire volontaire dynamique, effectuée à vitesse constante grâce à une
résistance auto-adaptée, et le matériel nécessaire à sa réalisation. Le matériel va devenir le matériel de
référence pour l'évaluation ou le renforcement musculaire. Vers le milieu des années 80, on a introduit
l'isocinétisme dans le milieu de la rééducation fonctionnelle. En 1970 CYBEX se lie avec JP en achetant son
invention pour construire le premier dynamomètre iso cinétique opérationnel.
Il était limité initialement au milieu sportif où il était utilisé comme une méthode de musculation et
d’appréciation des gains de force obtenus par l’entrainement.
Il a gagné dans le milieu des années 80 le milieu de la rééducation fonctionnelle qui a vu dans cette
technique une méthode fiable et reproductible d’évaluation de la force musculaire plus qu’un mode de
renforcement.
La première application a été la mesure de la force des muscles du genou et de l'épaule et plus récemment
(années 80), on utilise l'isocinétisme pour mesurer des muscles du tronc : il a permis d’objectiver une notion
anciennement connue, mais jamais quantifiée : la réduction des forces des muscles fléchisseurs et
extenseurs du rachis chez les lombalgiques.
Il a été intégré au programmes aux programmes de restauration fonctionnelle du rachis proposés au
lombalgiques chroniques dans les pays nord-américains et nord-€ dès la moitié des années 80 et en France à
partir des années 90.
II- Concept d'isocinétisme.
La contraction musculaire peut s'effectuer selon diverses modalités, isométrique, anisométrique
concentrique, anisométrique excentrique, anisométrique isocinétique.
Ce dernier s’effectue à une vitesse constante prédéterminée par le dynamomètre et à charge variable.
La contraction anisométrique isocinétique s'effectue à vitesse constante qui est prédéterminée par
le dynamomètre et à charges variables. L'avantage, c'est qu'à tout moment, la résistance qui est opposée
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par la machine va être proportionnelle à la force développée par le sujet. Le mouvement qui peut être
effectué peut se faire à différentes vitesses, de lente à très rapide. On va tester la force musculaire dans un
mouvement qui est non physiologique, car dans la vie courante, les mouvements sont très rarement
isocinétique, mais de façon dynamique à des vitesses se rapprochant de celles atteintes lors des
mouvements naturels. L'appareil protège l'athlète car il va fournir un effort qui va être en rapport avec ses
capacités sans possibilité de les dépasser. L'éventail des vitesses est large, en va de 0°/s jusqu'à 450°/s. Il est
nécessaire de vérifier l'alignement de l'axe du dynamomètre avec l'axe de l'articulation parce que le
dynamomètre va enregistrer un couple de force qui est le produit de la charge déplacée par la distance
parcourue :
C=F*D
Ce concept va permettre une alternance des mouvements car on teste les muscles agonistes et
antagonistes. L'isocinétisme va permettre d'évaluer plusieurs paramètres qui vont permettre et de
déterminer la performance musculaire.
Le mouvement de force maximale, il correspond au moment de force le plus élevé qui est développé au
cours du mouvement. Ce mouvement de force est exprimé en N.m.
Le travail total, exprimé en J, il correspond à l'intégration de la surface située sur la courbe ce qu'il n'a donc
imposé l'établissement de limites angulaires qui doivent être strictement constantes pour être
comparables.
La puissance maximale, exprimé en W, elle correspond au travail total effectué par unité de temps.
Ces paramètres de performance musculaire varient en fonction du sexe, de l'âge (ils ne varient pas trop
entre 20 et 50 ans, puis ils décroîtrent), de l'activité physique pratiquée. La valeur de la performance
musculaire est plus élevée chez un sujet entraîné que chez un sujet sédentaire et qu'il y a une spécificité de
l'activité physique.
On calcule également un autre paramètre, les ratios agonistes et antagonistes. Ces ratios sont
contestés parce qu'en fonction du paramètre utilisé, les ratios n'ont pas une bonne productivité.
III- Principes mécaniques des appareils d'isocinétisme.
1\ Analyse mécanique d'un exercice de travail musculaire classique.
On suppose une charge F qui va être appliquée en B à un membre AOB, le but est d'effectuer la
trajectoire B1B3 par rotation autour de O. Le moment en O de la force F appliquée en B que l'on appelle le
couple vaut en chaque position de B : CB = F * dB. Le couple maximal est réalisé lorsque la distance est
maximale car F et constante. (Voir schéma)
Le travail effectué au cours d'une petite rotation Δθ, le travail en B vaut :
N B = CB * Δθ.
Si ωB est la vitesse rotation instantanée (rad.s-1), la puissance instantanée développée vaut : PB = CB * ωB.
La valeur de F maximale sera donc celle qui est calculée à partir des facultés du sujet à développer le couple
maximal pour le passage au point B2 et donc F n'a pas de relations avec les possibilités du sujet aux autres
positions de la trajectoire. Dans cet exercice, la vitesse d'exécution de l'exercice, sera quelconque mais elle
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sera sûrement très variable, en diminuant vers B2 quand le couple est maximal. Le but de l'isocinétisme
permet de corriger les imperfections, l'isocinétisme permet également d'imposer une vitesse constante, en
donnant la possibilité au sujet d'exprimer son maximum d'action à tout instant au cours du mouvement, et
non en un seul point.
2\ Description d'un appareil isocinétique simple.
On prend un vélo d'appartement auquel on a remplacé la roue arrière par roue dentée. On ajoute
un moteur, une transmission irréversible et une petite roue dentée. On fixe une vitesse constante au
moteur. Puisque la transmission est irréversible, la roue du vélo ne peut pas entraîner le moteur. Le cycliste
sur le vélo a trois possibilités d'action :
L'action réalisée entraînerait la roue du vélo à une vitesse inférieure à celle du moteur, dans ce cas le
cycliste n'exerce aucun effort.
L'action réalisée entraînerait la roue à une vitesse égale à celle du moteur, le cycliste n'exerce pas non plus
d'effort.
L'action réalisée entraînerait la roue à une vitesse supérieure à celle du moteur, le cycliste va pouvoir
augmenter indéfiniment son effort mais la vitesse reste constante. Le cycliste agit sur le mécanisme et le
moteur agit également sur le mécanisme.
On prend toujours un vélo d'appartement mais on remplace le moteur et sa transmission par un circuit
hydraulique qui est composé d'une pompe et d'un circuit. Le cycliste va agir sur le pédalier et il va entraîner
la pompe qui va débiter dans le circuit. Les caractéristiques du circuit sont telles que temps que le cycliste
n'ait donné à la roue et donc la pompe la vitesse de très prévue, son effort sera quasi inexistant. Dès qu'il
aura atteint la vitesse prévue, son effort, quel qu'il soit, ne pourra accélérer la roue.
On prend encore un vélo d'appartement et on remplace le circuit par un circuit électrique, la pompe par un
cervo-moteur. Le circuit va recueillir le courant débité par le cervo-moteur qui va être calibré pour qu'il ne
dépasse pas une certaine vitesse.
Dans les trois cas, le sujet agit sur le mécanisme et son action ne peut pas dépasser la vitesse déterminée.
En revanche, son effort ne pourra être mesurable et significatif que lorsque la puissance atteindra la vitesse
programmée.
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IV- Méthodes d'évaluation isocinétique.
1\ Introduction.
Décrit initialement en 1967, le concept d’isocinétisme a vu ses applications considérablement évoluer ces
dernières années.
Le premier dynamomètre, le CYBEX, est chargé d'évaluer l'atrophie musculaire qui résulte des
premiers vols habités en microgravité. L'originalité de cet exercice réside donc dans la possibilité de
développer, grâce à une résistance auto-adaptée, une contraction musculaire maximale à une vitesse
constante sur toute l'amplitude du mouvement. On a un rétro-contrôle actif qui va adapter en permanence
la résistance du système aux capacités de force instantanée du sujet. Comme la distance est toujours la
même, il est facile d'évaluer la capacité de force du sujet à tout point du mouvement car la force
correspond à la résistance de la machine.
2\ Méthode de mesure.
Il faut toujours veiller à l'alignement de l'axe du dynamomètre avec l'axe articulaire. Lors d'exercice
isocinétique, il faut vérifier que le sanglage de l'individu soit parfait pour une question de validité des
mesures.
3\ Interprétation des résultats.
a) Paramètres d'analyse. (fig. 2)
Pic de force : c'est le point culminant de la courbe en extension ou en flexion. C'est le couple le plus
élevé extrait d'une série de répétition.
Temps jusqu'au pic : c'est le temps qui est mis pour atteindre le pic de force depuis le début du
mouvement dans un seul sens.
Position angulaire du pic : c'est la position anatomique de l'articulation où intervient le pic de force.
Les indices particuliers témoignent de façon indirecte de la capacité du sujet à générer une force
explosive :
Force développée à un temps t.
Force développée pour une position angulaire spécifique.
Ils ne sont pas toujours fiables : exemple, la mesure angulaire du pic. Il faut utiliser le coefficient de
corrélation qui varie entre 0 et 1. Pour la position angulaire du pic, le coefficient de corrélation oscille de
0,01 à 0,59, c'est donc un mauvais paramètre. Les ratios agonistes/antagonistes ne sont pas non plus
réellement fiables.
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Le premier paramètre fiable est le travail total, il est représenté par l'air sur la courbe. Les
variations dépendent de deux paramètres :
La vitesse de l'exercice.
Les limites angulaires, c'est l'amplitude autorisée par l'articulation.
S'était paramètre permet d'obtenir le temps de travail en isocinétisme.
Le second paramètre : la puissance moyenne développée, c'est un travail par rapport au temps.
C'est l'indice le plus fiable en isocinétisme car l'indice de corrélation varie entre 0,93 et 0,99. Elle témoigne
de la capacité du sujet à produire un effort sur l'amplitude totale de l'articulation.
b) Analyse comparative.
Tous les paramètres permettent d'évaluer les gains (entraînement) et les déficits (pathologie ou
situation spécifique) musculaires. Pour juger des gains ou des déficits, il faut que tous les paramètres fiables
augmentent dans le même sens.
c)
Analyse des courbes.
Les courbes doivent être exactement superposables pour au moins quatre ou cinq mouvements
consécutifs pour que l'effort puisse être considéré comme maximal.
Toute anomalie de forme doit être constante et présente à chaque répétition pour une vitesse
donnée avant d'être considéré comme pathologique.
V- Analyse des graphes = aspects normaux et pathologiques.
1\ Introduction.
Le dynamomètre isocinétique constitue un moyen fiable et reproductible d'évaluation de la force
musculaire. Parallèlement aux valeurs chiffrées fournies par le dynamomètre, le couple développé est
représenté sous forme de graphes et l'analyse de ces graphes permette de détecter des anomalies minimes
n'entraînant pas de variation nette des données quantifiées. Ces analyses de graphes donnent des
indications sur la qualité de la contraction musculaire et sur les événements qui peuvent empêcher le bon
déroulement.
2\ Aspects normaux.
a) Notion de courbe. (fig.1)
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La courbe 1 : représentation graphique de la force musculaire développée par le muscle
agoniste/antagoniste dans les deux sens d'un mouvement donné entre deux amplitudes articulaires
prédéterminées.
En fait la courbure comprend deux parties distinctes :
Force développée par les agonistes.
Force développée par les antagonistes.
La courbe en pointillé 2 : courbe de débattement articulaire qui permet de préciser l'angle de
survenue de tout accident de courbe.
La courbe 3 : courbe des vitesses qui permet d'apprécier le temps réel de contraction isocinétique.
Pendant toute la contraction musculaire, seulement une partie de cette contraction correspond
véritablement à une contraction isocinétique, le travail isocinétique correspond aux plateaux. La partie
ascendante et descendante correspond au travail dynamique. Cette phase isocinétique peut varier de 92 % à
16 % de l'amplitude totale du mouvement pour des vitesses qui varient de 0° à 400° par seconde.
b) Caractéristiques normales. (Fig.2)
C'est une courbe qui a un aspect parabolique, elle a une enveloppe lisse et un aspect crénelé qui
traduit l'incapacité du sujet à maintenir une contraction maximale pendant tout le mouvement. La parabole
est composée de deux phases et de deux points :
TDTN : temps de développement de tension maximale, c'est la phase ascendante. C'est
le temps écoulé entre le début de la contraction est le pic de couple. Habituellement cette
phase est plutôt convexe vers le haut.

PC : pic de couple, il se situe au sommet de la courbe, il correspond au couple maximum
développé par le sujet. Sa valeur, son délai d'apparition et l'angle auxquelles il apparaît sont
variables en fonction de la vitesse du mouvement, de l'âge, du sexe de l'individu et du type
d'action physique pratiquée et en fonction de la position des segments de membres. On sait
par exemple que le pic le couple est développé entre 55 et 75° de flexion de genoux et pour
certains auteurs quelle que soit la vitesse. Pour d'autres auteurs, l'angle de survenue de pic
de couple développé par le quadriceps varie en fonction de la vitesse est exécution du
mouvement, à basse vitesse (15°/s), le pic de couple à 66° de flexion et à haute vitesse (180°/s)
le pic de couple à 55° de flexion. Le pic de couple survient plus tardivement chez le sujet âgé.
L'action du sujet influent sur la valeur du pic de couple et sur ses conditions de survenue.
Ainsi on retrouve un pic de couple qui est beaucoup plus élevé de l'avant-bras en pronation
chez le basketteur que chez le tennisman. En revanche si l'avant-bras est en supination, le pic
de couple est plus élevé chez le tennisman.

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TDF : taux de décroissance de la force, c'est le reflet de la capacité du sujet à maintenir
une contraction maximale jusqu'à la fin du mouvement. La phase est plutôt convexe ou plate
chez le sujet normal. Il y a la possibilité d'accident du TDF sans pour autant une anomalie
pathologique.


TIR : temps d'inhibition réciproque, c'est l'intervalle de temps entre la contraction des
muscles agonistes et antagonistes, il oscille logiquement entre 0,10 et 0,16 secondes mais on
ne peut diminuer ce temps chez les sportifs.
c)
Graphes et tests d'endurance.
L'analyse des graphes permet d'observer si la décroissance du pic de couple survient plutôt
progressivement ou brutalement.
Dans le cas où la diminution serait brutale, à quel moment se produit-elle ? La diminution du pic de
couple passe par deux phases :

Phase de décroissance rapide.

Phase de décroissance plus lente.
La transition entre ces deux phases se fait entre le 25e et 30e répétition d'une série comprenant une
cinquantaine de répétitions. La transition correspond à l'épuisement de la source énergétique anaérobie
alactique.
D'autres intérêts de l'analyse de ces courbes lors d'endurance : apparition d'anomalies minimes qui
peuvent être plus flagrantes sur des séries de plus grande répétition.
3\ Aspect pathologique.
a) Introduction.
L'isocinétisme n'est pas un outil de diagnostic lésionnel, mais il permet la compréhension de la
pathologie et donne un très bon aperçu de la qualité de la contraction musculaire.
b) Déficits musculaires. (Fig.3)
1ère courbe : aspect le plus communément observer en pathologie musculaire, il y a un déficit global. Il est
caractérisé par un aspect étalé de la courbe avec une phase ascendante beaucoup plus inclinée sur
l'horizontale, raccourcie avec un pic de couple qui est en général moins prononcé et qui est souvent
remplacé par une portion horizontale qui a un aspect crénelé. On l'observe à toutes les vitesses lentes ou
rapides mais il est beaucoup plus marqué si on effectue les tests à vitesses lentes. Il est observé dans
différents cas : neurologique, ostéoarticulaire.
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2nd courbe : déficit du TDTM qui se caractérise par un aplatissement ou à un aspect plutôt concave de la
première partie de la courbe. Ces déficits témoignent d'une difficulté à produire rapidement en début de
contraction musculaire un pic de couple. Ces déficits révèlent 2 cas différents mais difficile à différencier
l'un de l'autre :

Déficit d'un chef musculaire ou d'un muscle d'un groupe musculaire synergiste dont
l'efficience est en général maximal en début de mouvement.
Déficit prédominant sur les fibres musculaires rapides, ce déficit s'observe dans les
vitesses rapides car elle sollicite les fibres rapides. Exemple : le quadriceps, le déficit du
TDTM lorsque l'individu est atteint de fracture du fémur alors ce déficit du TDTM peut être
lié à un déficit d'un des chefs musculaires (vaste interne) qui est le plus actif en début du
mouvement. On observe ce type de tracer lorsque la fracture est plutôt distale au niveau
du fémur.

3ème courbe : déficit du TDF, il se traduit soit par un aspect concave ou soit par un aspect rectiligne de la
seconde partie de la courbe. Cela traduit en fait l'incapacité du sujet à maintenir une contraction maximale
pendant tout le mouvement. Cela peut témoigner d'un déficit d'un muscle musculaire ou d'un muscle
faisant partie d'un groupe musculaire synergiste qui serait responsable de la fin du mouvement. Exemple :
fracture du fémur, le déficit du TDF s'observe lorsque le trait de fracture est plus proximal sur le fémur, ce
déficit serait lié à un déficit des muscles droits antérieurs fémoral et vastes externes.
c)
Accident de courbe. (Fig.4)
Ils témoignent habituellement d'une inhibition douloureuse de la contraction musculaire dans un
secteur angulaire précis.
Ces accidents de courbe prise isolément n'ont aucune valeur diagnostique mais s'ils sont corrélés à
d'autres tests cliniques, ils peuvent permettre de localiser précisément le secteur angulaire douloureux et
donc d'orienter le programme rééducatif.
Pour que ces accidents de courbe soient considérés comme une information fiable, ils doivent être
constants durant tout le test.
On les observe généralement à vitesses lentes c'est-à-dire lorsque les contraintes articulaires sont
les plus élevés.
d) Modification du TIR.
Pour être pathologique, le TIR doit être augmenté et on observe des modifications du TIR plus dans
les pathologiques d'origine neurologique que dans les pathologies de type orthopédique.
L'interprétation de l'augmentation du TIR pose un problème. Pour être considéré comme
pathologique, cette augmentation doit être constante au cours du test.
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