THÈSE de Doctorat - Université du Maine

Année 2010
- THÈSE de Doctorat Pour l’obtention du grade de
Docteur de l’Université du Maine
Faculté des Sciences et Techniques
Spécialité : Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives
Présentée par
Mickaël RIPAMONTI
Détermination des relations moment-vitesse et
puissance-vitesse des muscles du tronc.
Application à l’évaluation isocinétique
de patients lombalgiques chroniques
Soutenue publiquement le 16 juin 2010
JURY
Rapporteurs :
Pr. Michel REVEL – PU-PH
Hôpital Cochin, Paris cedex 14
Pr. Jean-René LACOUR – PU-PH
Université Claude Bernard, Lyon 1
Examinateurs :
Pr. Jean-Pierre MARIOT – PU
Université du Maine, Le Mans
Dr. Christophe HAUTIER – MCU-HDR
Université Claude Bernard, Lyon 1
Co-directeur de thèse :
Dr. Abderrahmane RAHMANI – MCU
Université du Maine, Le Mans
Directeur de thèse :
Dr. Denis COLIN – HDR
Centre de l’Arche, Saint-Saturnin
Détermination des relations moment-vitesse et puissance-vitesse des muscles du tronc.
Application à l’évaluation isocinétique de patients lombalgiques chroniques
RIPAMONTI Mickaël
Directeur de thèse : Docteur Denis COLIN, HDR, Centre de Rééducation et de Réadaptation Fonctionnelle de
l’ARCHE
Co-directeur : Abderrahmane RAHMANI, Maître de Conférences, Laboratoire Motricité, Interactions,
Performance, EA 4334, Université du Maine
Ce travail de thèse visait à caractériser les capacités musculaires du tronc à partir de contractions isocinétiques et
à étudier l’intérêt d’une telle évaluation dans le cadre d’un programme de restauration fonctionnelle du rachis
(RFR) proposé au Centre de l’Arche chez des patients lombalgiques chroniques.
La première étude de ce travail de thèse avait pour objectif de proposer un protocole d’évaluation isocinétique
des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc pour décrire les relations moment-vitesse et puissance-vitesse de
ces deux groupes musculaires. Cette étude, réalisée avec des sujets sains, a montré que les relations momentvitesse et puissance-vitesse de ces groupes musculaires sont respectivement linéaires et polynomiales du second
ordre en accord avec celles obtenues dans la littérature pour d’autres articulations. Cette étude a également
démontré la nécessité d’évaluer les deux groupes musculaires sur deux sessions différentes afin d’éviter
l’apparition de la fatigue et/ou une éventuelle diminution de la motivation chez les sujets.
Dans la deuxième étude, ce protocole a ensuite été appliqué à des sujets lombalgiques chroniques. Le but était
de voir si la lombalgie avait une influence sur la forme de ces relations et si les paramètres mécaniques
extrapolés (le moment maximal isométrique M0, la vitesse de contraction à vide V0, la puissance maximale Pmax
et la vitesse optimale Vopt) avaient un intérêt dans le cadre de l’évaluation des patients lombalgiques. Les
résultats ont montré que les relations restaient identiques à celles des sujets sains, et que Pmax est le seul
paramètre significativement différent entre les deux populations pour les deux groupes musculaires, alors que la
comparaison des ratios fléchisseurs/extenseurs ne présentaient aucune différence significative entre les deux
populations. Cette étude offre la perspective de proposer un travail de renforcement musculaire plutôt orienté sur
la force pour les muscles extenseurs du tronc et sur la vitesse pour les muscles fléchisseurs du tronc.
La troisième étude de ce travail a examiné l’intérêt de la détermination des relations moment-vitesse et
puissance-vitesse dans le protocole d’évaluation du centre de l’Arche. Les résultats aux évaluations classiques
(évaluations isométriques de Ito et Sorensen ; iso-inertielle de soulever de charge et de la répétition maximale) et
isocinétiques ont montré une amélioration significative des capacités physiques des patients entre l’entrée et la
sortie du programme RFR, trois semaines plus tard. Cette amélioration est principalement due à une meilleure
activation motrice et à une familiarisation des patients aux évaluations. Bien que le programme RFR montre une
efficacité dans la prise en charge des muscles fléchisseurs, il ne permet pas de compenser la perte de force des
muscles extenseurs à la fin du programme.
En conclusion, ce travail de thèse a permis 1. d’établir des relations moment-vitesse et puissance-vitesse pour les
muscles du tronc dans des conditions isocinétiques ; 2. de montrer que la puissance maximale était un paramètre
intéressant lors de l’évaluation des patients lombalgiques (influencé par une diminution importante de la force
maximale pour les extenseurs et une diminution de la vitesse maximale pour les fléchisseurs) ; 3. de démontrer
l’intérêt d’une évaluation isocinétique en complément des évaluations habituellement réalisées dans les
programmes de restauration fonctionnelle du rachis du centre de l’Arche.
Mots clés : Moment-Vitesse ; Puissance-Vitesse ; Lombalgie ; Isocinétique ; Restauration Fonctionnelle du
Rachis
LABORATOIRE MOTRICITE, INTERACTIONS, PERFORMANCE – EA 4334 – LE MANS
Torque-velocity and power-velocity of trunk muscles. Isokinetic measurements in
chronic low back pain patients
RIPAMONTI Mickaël
Directeur de thèse : Docteur Denis COLIN, HDR, Centre de Rééducation et de Réadaptation Fonctionnelle de
l’ARCHE
Co-directeur : Abderrahmane RAHMANI, Maître de Conférences, Laboratoire Motricité, Interactions,
Performance, EA 4334, Université du Maine
The purpose of this work was to determine the trunk muscular abilities from isokinetic measurements and to
study the interest of introducing this kind of evaluation in the exercise therapy program of the Centre de l’Arche.
The first study focused on describing the torque-velocity and power-velocity relationships of both trunk flexor
and extensor muscles during isokinetic measurements. Nine healthy subjects performed several trunk flexion and
extension at 6 preset velocities. Results showed that the torque-velocity and power-velocity relationships were
linear and parabolic, respectively. These results also showed that the trunk flexor and extensor muscles should be
evaluated on two separate days to avoid fatigue.
The second study was realized to show whether the low back pain can influence the torque-velocity and powervelocity relationships and/or the mechanical parameters values extrapolated from these relationships (i.e. the
isometric maximal moment M0, the maximal velocity V0, the maximal power Pmax and the optimal velocity Vopt).
The results showed that i) the torque- and power-velocity relationships obtained with low back pain patients
were similar to those described for healthy subjects; ii) the only parameter which demonstrates a significant
difference between healthy and low back pain subjects was the maximal power whatever the considered
muscular group. Comparison of each maximal moment produced at each velocity and the flexor/extensor ratio of
low back pain patients were not significantly different from healthy subjects. This introduces the perspective of
proposing a training program focusing on trunk extensor strength on the one hand and on trunk flexor velocity
on the other hand.
The purpose of the third study was to determine the interest of including the torque- and power-velocity
relationships evaluation in the low back patients protocol proposed in the centre de l’Arche. The results of usual
tests performed in the centre de l’Arche showed a significantly improvement between the inclusion and the
release (three weeks later) of the low back patients during isometric (Ito and Sorensen tests), isoinertial (lifting,
1-RM), and isokinetic measurements. These results were mainly due to an increase of the muscular activation
and also to the familiarization to the tests. Even if the training program showed an improvement of the flexors
muscles, the trunk extensor muscle strength of low back pain patients remained significantly different at the
release time.
To conclude, this work allowed 1. establishing torque- and power-velocity relationships for trunk muscles under
isokinetic conditions; 2. determining that maximal power as an interesting parameter of the disease, with an
important decrease of the maximal torque for extensor muscles on the one hand, and a decrease of maximal
velocity for flexor muscles on the other hand; 3. demonstrating the interest of isokinetic measurements to the
exercise therapy program realized in the centre de l’Arche.
Keywords: Torque-Velocity relationships; Power- Velocity relationships; Low back pain; Isokinetic; Exercise
therapy
LABORATOIRE MOTRICITE, INTERACTIONS, PERFORMANCE – EA 4334 – LE MANS
Ce travail de thèse s’est déroulé au sein du laboratoire Motricité Interactions Performance de
l’Université du Maine et en collaboration avec le Centre de l’Arche à Saint-Saturnin.
Je tiens d’ores et déjà à témoigner ma reconnaissance à toutes les personnes qui ont participé
à ce travail, de près ou de loin, l’ont encadré et ont accepté de le juger. Je tiens également à
remercier tous ceux qui m’ont soutenu tout au long de ce travail.
J’exprime mes sincères
remerciements
au
Docteur Denis
Colin, médecin
chef
d’établissement, qui a bien voulu m’ouvrir les portes du Centre de l’Arche et accepter
d’encadrer ce travail. Il a toujours pu rester disponible malgré un emploi du temps des plus
chargé.
Je tiens à exprimer toute ma gratitude au Docteur Abdel Rahmani pour avoir été, dès le début,
très disponible pour moi. Ton implication, ton intérêt, ta rigueur et ta compétence ont permis
la réalisation de ce travail. Ta patience et ta confiance en moi ont été souvent des moteurs au
cours de ces années de travail. Très reconnaissant pour les savoirs que tu m’as transmis,
j’espère faire aussi bien que toi et que notre collaboration ne s’arrêtera pas à cette thèse. Pour
tous ces faits, Merci.
Je tiens également à remercier le Professeur Jean-René Lacour d’avoir accepté d’évaluer ce
travail. Son aide et ses remarques constructives m’ont été précieuses lors des mes recherches.
Merci également au Professeur Michel Revel, rapporteur de ce travail, d’avoir pris de son
temps pour m’en accorder.
Merci au Docteur Christophe Hautier d’avoir accepté de participer à ce jury.
Merci au Professeur Jean-Pierre Mariot d’avoir accepté de participer à ce jury et d’avoir
toujours été présent pour me corriger, me reprendre et me motiver. Merci pour les conseils
prodigués au cours des années passées et ceux à venir.
Merci à Isabelle Foucault Chevalier, kinésithérapeute responsable du Biodex, pour avoir
partagé son matériel avec moi.
Je tiens à remercier de tout mon cœur mes parents et ma sœur pour leur soutien et leur
confiance pendant toutes ces années d’études. Je suis souvent resté très évasif au sujet de mon
travail mais j’espère que vous serez fier de moi comme je le suis de vous.
Une pensée pour Simon et Mathieu, mes inséparables amis, qui même s’ils ont pris le train en
cours de route, ne sont plus jamais descendus. Merci d’avoir toujours été prompts à me
remettre en selle quand je m’éloignais trop de mon travail.
Je tiens particulièrement à remercier Stéphanie de m’avoir supporté pendant toutes ces années
de bien différentes façons… Tu as toujours su être pertinente face à mes interrogations, mes
excès et mes sautes d’humeur. Aujourd’hui encore tu le prouves, sache que tu comptes
énormément pour moi.
Merci à toi, ma charmante coiffeuse, arrivée sur le tard, pour tes encouragements, ta
motivation et ton enthousiasme face à ce projet. Tu t’es voulue n’être qu’une étoile filante
malheureusement, mais une des plus belles parenthèses que j’ai vécues. Ornithorynque.
Table des Matières
Table des Matières
Introduction Générale
1
La Lombalgie
5
1. Définition
6
2. Anatomie fonctionnelle du tronc
9
2.1. La colonne vertébrale
2.1.1. Le rachis lombaire
2.1.2. Le disque intervertébral
9
10
11
2.2. Amplitude articulaire du rachis lombaire
13
2.3. Mécanique du rachis lombaire
14
2.4. Les muscles du tronc
2.4.1. Les muscles de la paroi abdominale
2.4.2. Les muscles latéro-vertébraux lombaires
2.4.3. Les muscles postérieurs du tronc
15
16
17
18
3. Origine de la lombalgie
20
4. Prise en charge de la lombalgie
22
4.1. Le syndrome de déconditionnement
22
4.2. Les différents types de prise en charge
4.2.1. Le repos général
4.2.2. Les traitements physiques
4.2.3. Les écoles du dos
4.2.4. Le programme de restauration fonctionnelle du rachis
24
24
25
26
26
5. Évaluation de la force musculaire du sujet lombalgique
28
5.1. L’évaluation musculaire isométrique
28
5.2. L’évaluation dynamique de la force musculaire
5.2.1. L’évaluation iso-inertielle
5.2.2. L’évaluation isocinétique
5.2.2.1. Définition
5.2.2.2. Évaluation isocinétique des muscles du tronc
5.2.2.3. Évaluation iso-inertielle ou isocinétique des patients
lombalgiques
29
29
30
30
33
35
Table des Matières
6. Les relations force-vitesse et puissance-vitesse
6.1. Au niveau du muscle isolé
6.2. Lors du mouvement d’extension
37
37
41
7. Buts de l’étude
46
Étude 1
Relations moment-vitesse et puissance-vitesse des muscles fléchisseurs 47
et extenseurs du tronc
1. Introduction
48
2. Matériels et méthodes
2.1. Sujets
2.2. Systèmes de mesure
2.3. Protocole expérimental
2.4. Acquisition des données
2.5. Relation moment-vitesse et puissance-vitesse
2.6. Analyse statistique
49
49
49
52
53
54
55
3. Résultats
3.1. Données mécaniques
3.2. Les relations moment-vitesse angulaire
3.3. Les relations puissance-vitesse angulaire
56
56
57
58
4. Discussion
4.1. Données mécaniques
4.2. Les relations moment-vitesse angulaire
4.3. Les relations puissance-vitesse angulaire
60
60
61
63
5. En résumé
64
Étude 2
Relations moment-vitesse et puissance-vitesse des muscles du tronc des 65
patients lombalgiques : la puissance maximale comme indicateur de la
lombalgie
1. Introduction
66
2. Matériels et méthodes
2.1. Sujets
2.2. Système de mesure, protocole, acquisition des données
2.3. Analyse des données
2.4. Analyse statistique
68
68
69
69
69
3. Résultats
70
4. Discussion
72
5. En résumé
74
Table des Matières
Étude 3
Quelles informations les relations moment- et puissance-vitesse 75
apportent-elles sur le programme de RFR proposé au centre de l’Arche ?
1. Introduction
76
2. Matériels et méthodes
2.1. Sujets
2.2. Protocole
2.2.1. Evaluation isocinétique
2.2.2. Evaluations isométriques
2.2.2.1. Endurance des muscles fléchisseurs du tronc
2.2.2.2. Endurance des muscles extenseurs du tronc
2.2.3. Evaluation iso-inertielle
2.2.3.1. Le soulever de charges
2.2.3.2. Evaluation de la répétition maximale (1-RM) sur
appareil de musculation
2.2.4. Evaluation de la douleur : Echelle Visuelle Analogique (EVA)
2.2.5. Evaluation de la qualité de vie : auto-questionnaire de Dallas
2.3. Analyse statistique
77
77
77
77
77
77
78
79
79
80
3. Résultats
83
3.1. Evaluation physique des patients
3.2. Qualité de vie et douleur
3.3. Relation entre les évaluations
4. Discussion
4.1. Les tests classiques
4.2. Apport de la mesure isocinétique
5. En résumé
81
81
81
83
84
84
86
86
88
90
Conclusion générale et perspectives
92
Références bibliographiques
96
Introduction Générale
Introduction générale
1
Introduction Générale
La lombalgie est une pathologie courante et un problème majeur de santé publique. Depuis
plusieurs années, la littérature fait état de recherches tentant de trouver un paramètre récurrent
voire prédictif de cette pathologie qui entraîne une rupture sociale et un déconditionnement
physique. Ce déconditionnement est la conséquence d’une somme de facteurs agissant sur la
personne (la douleur, l’inactivité, la perte de la flexibilité et des capacités musculaires). Il se
traduit le plus souvent par un effondrement des activités quotidiennes entraînant une perte de
la force musculaire. Cette pathologie touche principalement les muscles du tronc, notamment
les muscles abdominaux et paravertébraux. Evaluées principalement à partir de données
isométriques (Ito et coll. 1996 ; Biering-Sørensen 1984), les qualités de force peuvent
également être estimées à l’aide d’appareils isocinétiques (Akebi et coll. 1998 ; Vézirian et
coll. 1996).
Les premières relations entre la force et la vitesse ont été décrites sur le muscle isolé de
grenouille (Hill 1938 ; Fenn et Marsh 1935 ; Hill 1922). Depuis plusieurs décennies, ces
relations ont été largement documentées chez l’Humain, aussi bien lors de mouvements
mono-articulaires des membres supérieurs (Moss et coll. 1997 ; de Koning et coll. 1985) et
inférieurs (Rahmani et coll. 1999 ; Tihanyi et coll. 1982 ; Thorstensson et coll. 1976), que de
mouvements pluri-articulaires des membres supérieurs (Cronin et coll. 2003 ; Izquierdo et
coll. 2002) et inférieurs (Rahmani et coll. 2004 ; Izquierdo et coll. 2002 ; Rahmani et coll.
2001 ; Driss et coll. 1998 ; Arsac et coll. 1996 ; Bosco et coll. 1995 ; Vandewalle et coll.
1989 ; Vandewalle et coll. 1987 ; Sargeant et coll. 1981). L’évaluation des muscles du tronc
n’a, quant à elle, été réalisée que pour deux, voire trois vitesses dans des conditions
isocinétiques (Schumacker et coll. 1999 ; Gremion et coll. 1996). Ces différentes études ont
permis d’établir, entre autres résultats une estimation des ratios entre les muscles extenseurs et
fléchisseurs du tronc (Roques et coll. 2002 ; Gremion et coll. 1996), mais pas de décrire les
2
Introduction Générale
relations force-vitesse pour ces groupes musculaires. Pourtant, l’étude des relations forcevitesse et puissance-vitesse d’un groupe musculaire, apporte l’information la plus complète
sur les qualités de celui-ci. En rééducation, elles permettent d’identifier les points faibles,
ainsi que les gains obtenus lors d’un programme de réentraînement, tel que le programme de
restauration fonctionnelle du rachis. Elles permettent également d’identifier des zones de
travail en fonction de l’objectif visé. Dans des conditions isocinétiques, trois types de
renforcement musculaire peuvent être envisagés pour l’articulation concernée : un travail avec
des vitesses lentes (cf. charges lourdes en musculation) plutôt orienté vers une amélioration de
la force maximale ; un travail avec des vitesses rapides (cf. charges légères en musculation)
plutôt axé sur une reprise d’activité avec peu de résistance et qui trouverait sa place en début
de rééducation ; et un travail avec des vitesses intermédiaires, visant un travail en puissance
qui alliera à la fois des qualités de force et de vitesse. La démarche préalable étant de
déterminer les qualités musculaires faisant défaut aux patients lombalgiques.
Les relations force-vitesse s’établissent pour un mouvement de translation, lorsque les actions
mécaniques sont modélisées par la résultante des forces qui s’exercent sur le système étudié.
La puissance est alors le produit de la force par la vitesse. Dans le cas d’une articulation de
nature pivot, comme c’est toujours le cas dans un mouvement isocinétique, il convient de
parler de relation moment-vitesse. Le moment est alors produit par le groupe musculaire
actionneur au niveau de l’articulation, et la vitesse correspond alors à une vitesse angulaire.
Dans ce cas, la puissance est le produit du moment par la vitesse angulaire. Les relations
moment-vitesse permettront alors d’accéder à plusieurs paramètres musculaires : le moment
maximal isométrique théorique M0, la vitesse maximale de contraction V0, la puissance
maximale Pmax et la vitesse optimale Vopt associée à cette puissance.
3
Introduction Générale
Le travail de thèse présenté dans ce mémoire a été réalisé en collaboration avec le Centre de
rééducation et de réadaptation fonctionnelle de l’Arche, qui a la volonté d’intégrer des
mesures isocinétiques des muscles du tronc dans son programme de renforcement musculaire
des patients lombalgiques. Les objectifs étaient : 1- de mettre en place un protocole
d’évaluation des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc dans des conditions
isocinétiques ; 2- d’intégrer ces mesures isocinétiques dans le programme d’évaluation des
patients lombalgiques ; 3- de valider les mesures réalisées au Centre de l’Arche par d’autres
techniques, en les comparant aux mesures isocinétiques.
4
La Lombalgie
La Lombalgie
5
La Lombalgie
Définition
1. Définition
La Société Française de Rhumatologie (2007) définit la lombalgie chronique comme une
« douleur lombo-sacrée, à hauteur des crêtes iliaques, ou plus bas, médiane, ou latérale, avec
possibilités d’irradiations ne dépassant pas le genou, mais avec prédominance des douleurs
lombo-sacrées durant au moins 3 mois, quasi quotidiennes, sans tendance à l’amélioration ».
La douleur chronique est le point de départ des plaintes des personnes souffrant de cette
pathologie. Elle se décrit comme « une expérience sensorielle et émotionnelle désagréable,
liée à une lésion tissulaire existante ou potentielle, évoluant depuis plus de trois à six mois
et/ou susceptible d’affecter de façon péjorative le comportement ou le bien-être du patient,
attribuable à toute cause non maligne » (ANAES 1999).
L’International Association for the Study of Pain (IASP) cherche à standardiser la
terminologie utilisée pour décrire cette pathologie. Leur définition a été établie à partir de la
localisation des points douloureux ressentis par les patients. La douleur lombale est limitée
latéralement par les bords externes des muscles spinaux, et transversalement par une ligne
imaginaire passant par le processus épineux de la douzième vertèbre dorsale (T12) pour le
niveau supérieur, et par celui de la première vertèbre sacrée (S1) pour le niveau inférieur. La
douleur sacrée est située dans une zone entourant le sacrum ; elle est limitée au niveau
inférieur par une ligne transversale imaginaire passant par les articulations sacro coccygiennes
et latéralement par une ligne verticale passant par le processus épineux de S1. Pour l’IASP, la
lombalgie est une perception douloureuse provenant d’une des deux régions précédentes voire
des deux en même temps.
Cette pathologie est cataloguée « maladie du siècle » car selon les estimations huit personnes
sur dix souffriront de douleurs rachidiennes au moins une fois au cours de leur vie
(Poiraudeau et coll. 2004). La lombalgie recouvre trois situations cliniques distinctes par leur
durée :
6
La Lombalgie
Définition
1. La lombalgie aiguë est la plus courte. Le tableau clinique le plus souvent observé est
celui du lumbago (Poiraudeau et coll. 2004). Aisément reconnaissable, il survient
brutalement à la suite d’un effort traumatisant, d’un geste quotidien de la vie courante
ou d’un faux mouvement, avec parfois la perception d’un craquement. La lombalgie
aiguë engendre une douleur souvent très pénible mais d’importance variable, qui est
calmée avec du repos. La contracture des muscles paravertébraux va entraîner
l’adoption d’une attitude antalgique. Cependant, la guérison est rapide, elle varie de 2
à 15 jours.
2. La lombalgie subaiguë dure de 6 à 12 semaines. Les causes et les facteurs de cette
situation clinique sont les mêmes que celles de la lombalgie aiguë. C’est afin de
permettre une étude plus spécifique de cette situation à fort risque de chronicité que
cette catégorie de lombalgie commune a été constituée (Poiraudeau et coll. 2004).
3. La lombalgie chronique et récidivante est la plus longue avec une durée supérieure à
12 semaines (3 mois). C’est sur cette dernière forme de la lombalgie que portera notre
travail.
Dans les pays occidentaux, l’incidence des lombalgies, proportion des sujets déclarant souffrir
ou avoir souffert au moins une fois de la région lombale au cours d’une période déterminée,
varie de 60 à 90%, alors que la prévalence, pourcentage de cas survenant habituellement en un
an dans une population n’ayant jamais souffert, n’est que de 5 % (Gross et Battié 2005 ; CatsBaril et Frymoyer 1991).
Ces deux données font de cette pathologie l’une des plus fréquentes dans les pays
industrialisés (Gourmelen et coll. 2007). Elle constitue la seconde cause de consultation chez
le médecin et est responsable de nombreux arrêts de travail prolongés en France (Genêt et
coll. 2002) comme aux Etats-Unis (Andersson 1999). En France, chaque année, 111 000
7
La Lombalgie
Définition
arrêts de travail d’une durée moyenne de 33 jours (soit 3,5 millions de journées de travail
perdues) sont directement liés à la lombalgie. Les formes chroniques représentent 6 à 8% des
lombalgies et occasionnent plus de 80% des dépenses médicales directes ou indirectes (Véron
et coll. 2008 ; Genêt et coll. 2002). Il est également établi que les chances de reprise du travail
diminuent avec la prolongation de l’arrêt de travail. Ainsi, 30% environ des patients
reprennent le travail après un an d’arrêt, alors que les chances de reprise sont quasiment nulles
après deux années d’arrêts de travail continus (Rossignol et coll. 1988).
Dès le milieu des années 1990, la lombalgie figure au 3ème rang des affections motivant
l’entrée en invalidité avec 2,4% des admissions annuelles (Mälkiä et Ljunggren 1996). Ceci
place le traitement ainsi que la prévention de la lombalgie comme un enjeu majeur de santé
publique (Olivier et coll. 2008), tant par les conséquences sociales (isolement, diminution de
la qualité de vie) que professionnelles (absentéisme, invalidité) (Véron et coll. 2008) de cette
affection.
La lombalgie peut être considérée comme une maladie bénigne, guérissant à 90% en moins de
trois mois, seule la chronicité en constitue la gravité. Elle peut avoir un retentissement majeur
sur l’individu dans sa vie professionnelle, familiale et personnelle (Poiraudeau et coll. 2004).
L’implication psychologique n’est pas absente, les antécédents personnels du patient tels que
son état de dépression latente ou vraie et son comportement par rapport aux phénomènes
douloureux et aux problèmes de santé, s’ajoutent aux facteurs déjà cités (Vanvelcenaher
2003). Ainsi, la lombalgie comporte de multiples facettes dont l’appréciation est d’autant plus
difficile qu’elle est pauvre en signes physiques, et riche en plaintes douloureuses.
8
La Lombalgie
Anatomie fonctionnelle du tronc
2. Anatomie fonctionnelle du tronc
2.1. La colonne vertébrale
La colonne vertébrale est un système haubané relié à une longue tige osseuse flexible
composée de 24 vertèbres mobiles et de 9 vertèbres fusionnées. Les vertèbres sont de formes
hybrides, c'est-à-dire construites sur le même schéma mais de formes et de tailles différentes.
La partie mobile de la colonne vertébrale s’articule par l’intermédiaire de disques
intervertébraux et d’apophyses articulaires supérieures et inférieures (Figure 1).
Figure 1 : Disque intervertébral (d’après CalaisGermain 1991).
Pour supporter le poids du tronc et résister aux contraintes de pressions, le rachis présente 3
courbures dans le plan sagittal : lordose cervicale, cyphose dorsale et lordose lombaire (Figure
2).
Figure 2 : Courbures du rachis, 1-courbure
sacrale, 2-courbure lombale (lordose), 3-courbure
dorsale (cyphose), 4-courbure cervicale (lordose).
(d’après Kapandji 2007).
9
La Lombalgie
Anatomie fonctionnelle du tronc
A chaque étage de la colonne vertébrale, les vertèbres ont un corps vertébral ou un arc
postérieur différent de l’étage suivant ou précédent. Cependant, même si les vertèbres
possèdent des reliefs singuliers et d’autres communs, on peut rassembler leurs caractéristiques
dans une vertèbre type (Figure 3), qui présente deux parties principales : le corps vertébral
dans la partie antérieure, partie la plus massive de la vertèbre ; et l’arc postérieur situé en
arrière a une forme de demi-cercle concave vers l’avant. Ces deux parties encerclent un
espace, le canal vertébral, permettant le passage de la moelle épinière.
Processus transverse
Processus articulaire
Corps
vertébral
Figure 3 : La vertèbre type (d’après CalaisGermain 1991).
Processus épineux
2.1.1. Le rachis lombaire
Situé entre le pelvis et le rachis dorsal, le rachis lombaire s’articule avec le sacrum en bas et
supporte le rachis dorsal ainsi que cervical. De ce fait, il est celui qui supporte le poids du
tronc. Le rachis lombaire est constitué de cinq vertèbres lombaires (L1 à L5). Vu de face, il
est rectiligne avec une largeur des corps vertébraux et des processus transverses croissante de
L1 à L5 (Figure 4). Le corps vertébral des vertèbres lombaires est plus massif et large que
celui des autres vertèbres pour pouvoir résister au poids du tronc. Le processus épineux est
très massif et de forme rectangulaire. Les processus transverses sont longs et servent de
fixation aux différents muscles du dos. Les processus articulaires dépassent en haut et en bas
le corps vertébral lorsqu’on regarde la vertèbre de dos. Les facettes articulaires supérieures et
inférieures correspondent à celles des vertèbres voisines et s’emboîtent d’étage en étage. Cela
permet de limiter presque entièrement les mouvements de rotation au niveau de l’étage
10
La Lombalgie
Anatomie fonctionnelle du tronc
lombaire. Les processus articulaires servent de liaison et de stabilisation avec la vertèbre
supérieure.
Figure 4 : Le rachis lombaire (d’après Kapandji
2007).
Le rachis lombaire repose sur le sacrum qui lui-même est enserré par les deux os iliaques. Il
est de forme pyramidale et est constitué de la soudure des cinq vertèbres sacrées. Sa face
supérieure représente la base de la pyramide et présente un promontoire sacré. Sa partie
inférieure en forme de pointe (l’apex) s’articule avec un petit os, le coccyx. Le plateau sacré,
centre de la face supérieure du sacrum, s’articule avec la cinquième vertèbre lombaire par
l’intermédiaire d’un disque vertébral. Le plateau sacré est légèrement incliné vers l’avant
(environ 40° par rapport à l’horizontale), ainsi, le poids du corps appuyant sur L5 et reposant
sur le plateau sacré se répartit verticalement. Ce poids a une deuxième composante qui tend à
faire glisser la vertèbre L5 vers l’avant. Ce sont les processus articulaires de L5 venant en
butée sur l’arrière qui permettent de tenir l’ensemble lorsque le plateau sacré est très incliné.
2.1.2. Le disque intervertébral
Le disque intervertébral est composé de deux parties (Figure 5). La partie périphérique,
annulus fibrosus, a une consistance très ferme et est constituée de lamelles concentriques de
fibrocartilage. L’orientation de ses fibres est oblique et en opposition d’une lamelle à l’autre
afin de lui assurer une forte résistance lors des mouvements de torsions. Le nucleus pulposus
constitue le centre du disque intervertébral. Il a l’aspect d’une bille de gélatine composée
11
La Lombalgie
Anatomie fonctionnelle du tronc
presque entièrement d’eau (90%) qui correspond à l’amortisseur du disque. Il permet de
répartir les contraintes axiales dans l’anneau et de maintenir le disque en pression. Ainsi, le
disque résiste mieux aux mouvements de translation et de torsion. Ce système fonctionne
parfaitement s’il est étanche. Mais le disque intervertébral est fragile et tend à se détériorer
avec le temps s’il est sollicité dans certaines conditions mécaniques. Cette bille gélatineuse
repose sur une plaque cartilagineuse qui recouvre entièrement le plateau vertébral.
Figure 5 : Disque intervertébral (d’après Kapandji
2007).
Le disque est presque intégralement avasculaire et non innervé (sauf sur son tiers
périphérique). Dès lors, sa nutrition constitue un problème. Elle dépend des propriétés
thixotropiques (transformation en solutions de gels visqueux lorsqu’on les agite) des gels le
constituant. Cet effet thixotropique s’effectue lors des mouvements du tronc, i.e. de
charge/décharge, et les cycles de compression-étirement entre les plaques cartilagineuses et le
disque.
D’autres éléments sont également indissociables du rachis car ils interviennent dans la
stabilité et la mobilité du tronc : les facettes articulaires postérieures ainsi que le système
ligamentaire et musculaire rachidien et sous-pelvien. Les facettes articulaires postérieures, par
leur orientation, favorisent les différents mouvements du tronc (flexion, extension et
inclinaison) tout en limitant les rotations. Le système ligamentaire et musculaire quant à lui,
gère l’amplitude globale de mouvement du tronc. En effet, l’extensibilité musculo-tendineuse
12
La Lombalgie
Anatomie fonctionnelle du tronc
du tronc et des membres inférieurs permet l’harmonie des mouvements du rachis lombaire
ainsi que des mouvements du bassin autour des hanches.
2.2. Amplitude articulaire du rachis lombaire
Quel que soit le mouvement considéré (flexion, extension, inclinaison latérale) (Figure 6), les
différents ligaments vont tour à tour être mis en tension ou être relâchés. Cependant, le rachis
étant considéré comme un empilement de segments rigides et fixes (les vertèbres) et de parties
mobiles (les disques intervertébraux), les différents mouvements s’additionnent, ce qui donne
une grande amplitude de mouvement au final. Cette mobilité n’est pas la même selon la forme
des vertèbres, elle est donc différente selon la région du rachis étudiée.
Au niveau du rachis lombaire, l’amplitude de mouvement diminue avec l’âge de l’individu. Il
est admis que bien que personnelles, les valeurs d’amplitude maximales pour le rachis
lombaire sont de 30° pour l’extension et de 40° pour la flexion (Figure 6b). La partie la plus
mobile du rachis lombaire (amplitude maximum de flexion-extension) se situe au niveau L4L5. L’amplitude de l’inclinaison latérale est également variable selon les individus et diminue
avec l’âge (Figure 6a). En moyenne, elle est de 20 à 30° de chaque côté. L’amplitude
maximum de l’inclinaison lombaire se situe entre L4-L5. L’amplitude de rotation au niveau
du rachis lombaire est limitée à 5° de chaque côté en rotation totale, ce qui implique une
rotation moyenne de 1° pour chaque étage lombaire.
Les deux dernières vertèbres L4 et L5 sont maintenues sur le sacrum par l’intermédiaire des
ligaments ilio-lombaires. Ceux-ci sont composés de trois faisceaux. Les faisceaux supérieurs
et inférieurs s’attachent respectivement sur l’os iliaque (crête iliaque) et les processus
transverses des vertèbres L4 et L5. Le dernier faisceau part du processus transverse de L5 et
se termine à la fois sur l’os iliaque et sur le sacrum. Ces ligaments ilio-lombaires sont
puissants et limitent la mobilité de la charnière lombo-sacrée lors des mouvements de flexion,
d’extension ou d’inclinaison latérale.
13
La Lombalgie
a
Anatomie fonctionnelle du tronc
b
Figure 6 : Amplitude du rachis lombaire en a inclinaison latérale et b - flexion, extension (d’après
Kapandji 2007).
2.3. Mécanique du rachis lombaire
Lors du mouvement de flexion (Figure 7a), la vertèbre de l’étage supérieur bascule vers
l’avant. Cela a pour conséquence de diminuer l’épaisseur de la partie antérieure du disque
intervertébral et de la pincer. Le nucleus pulposus est ainsi déplacé vers la partie postérieure
et exerce une pression sur les fibres de l’annulus fibrosus. Les lames, les processus épineux et
les processus articulaires s’écartent. Tous les ligaments situés dans le plan postérieur sont mis
en tension et limitent la flexion.
Lors du mouvement d’extension (Figure 7b), la vertèbre de l’étage supérieur bascule vers
l’arrière. Le disque intervertébral est pincé en arrière, repoussant le nucleus pulposus vers
l’avant. La limitation d’amplitude du mouvement d’extension est due au ligament vertébral
commun antérieur qui est mis en tension et aux différentes butées osseuses. Les lames se
rapprochent, les processus épineux entrent en contact tandis que les processus articulaires
s’engagent plus profondément et sont même en compression.
Lors du mouvement d’inclinaison latérale (Figure 7c), la vertèbre de l’étage supérieur bascule
sur le côté de l’inclinaison. Le disque intervertébral se pince du côté de l’inclinaison et
repousse le nucleus pulposus sur le côté opposé. Du côté de l’inclinaison, les ligaments
notamment le ligament jaune et le ligament intertransversaire sont détendus, les processus
transversaires se rapprochent et les processus articulaires glissent l’un sur l’autre. Du côté
opposé, l’inverse se produit.
14
La Lombalgie
Anatomie fonctionnelle du tronc
a
c
b
Figure 7 : a- Mouvement de flexion vertébral ; b- Mouvement d’extension vertébral ; c- Mouvement
d’inclinaison latérale (d’après Calais-Germain 2005).
Lors du mouvement de rotation (Figure 8), les fibres du disque intervertébral sont en torsion.
Les fibres composant l’annulus fibrosus se croisant d’une couche sur l’autre, le mouvement
de rotation entraîne au niveau du disque une mise en tension d’une couche sur deux et une
diminution de la hauteur du disque. Il y a donc une compression du nucleus pulposus. Dans ce
cas, même si l’amplitude de mouvement est faible à cause des butées osseuses, tous les
ligaments sont en tension.
a
b
Figure 8 : Mouvement de rotation : le mouvement
de rotation (a) entraîne une mise en tension des
fibres et une diminution de hauteur (b) (d’après
Calais-Germain 2005).
2.4. Les muscles du tronc
Les muscles du tronc exercent une action complexe. Ils initient un mouvement de flexion ou
d’extension du rachis, contrôlent l’amplitude et la vitesse du mouvement. Ils servent
également au maintien de la posture par l’ajustement du rachis face à la pesanteur, la marche
ou au port de charge, que celui-ci soit asymétrique ou non. Il faut cependant souligner que si
les muscles extenseurs du rachis sont principalement dédiés à l’extension du tronc, les
muscles fléchisseurs sont quant à eux, à la fois fléchisseurs de la hanche, moteur du rachis
lombaire et de la mécanique ventilatoire. Même s’il apparaît arbitraire d’opposer les muscles
15
La Lombalgie
Anatomie fonctionnelle du tronc
fléchisseurs du tronc aux extenseurs, dans cette étude, nous ne considèrerons ces deux
groupes musculaires que pour dans leur fonction de fléchisseurs et extenseurs du rachis.
2.4.1. Les muscles de la paroi abdominale
Le muscle le plus antérieur et le plus superficiel est le grand droit de l’abdomen (rectus
abdominis) (Figure 9). Il est composé de deux bandes musculaires tendues de part et d’autre
de la ligne médiane (ligne blanche). Il s’étend verticalement des arcs et cartilages costaux des
côtes 5, 6 et 7 ainsi que de l’appendice xiphoïde jusqu’au pubis sur la symphyse pubienne. Il
est entrecoupé d’intersections tendineuses lui donnant sa forme particulière lorsqu’il est
contracté.
Le transverse de l’abdomen (transversus abdominis) est le plus profond des trois muscles
antéro-latéraux de l’abdomen (Figure 9). Tendu horizontalement, ce muscle s’étend entre les
processus transverses des vertèbres lombaires, la crête iliaque, les dernières côtes et la
symphyse pubienne. C’est un muscle en deux parties qui se rejoignent sur la ligne blanche en
passant sous les fibres du grand droit de l’abdomen.
Figure 9 : Grand droit de l’abdoment et transverse
de l’abdomen (d’après Kapandji 2007).
L’oblique interne de l’abdomen (obliquus internus abdominis) est le muscle intermédiaire des
muscles antéro-latéraux (Figure 10a). Ses fibres musculaires sont tendues obliquement de bas
en haut et de l’extérieur vers l’intérieur. Elles s’étendent de l’épine iliaque aux côtes 11 et 12.
Ses fibres aponévrotiques s’attachent sur la symphyse pubienne, le dixième cartilage costal et
16
La Lombalgie
Anatomie fonctionnelle du tronc
l’appendice xiphoïde. Sur l’avant, ses fibres aponévrotiques s’attachent au niveau de la ligne
blanche avec les fibres du muscle oblique interne de l’abdomen opposé.
L’oblique externe de l’abdomen (obliquus externus abdominis) constitue le muscle le plus
superficiel des muscles antéro-latéraux (Figure 10b). Ses fibres musculaires sont tendues
obliquement de haut en bas et de l’extérieur vers l’intérieur, et s’étendent des 7 dernières
côtes à la crête iliaque. Les deux faisceaux de fibres aponévrotiques se rejoignent au niveau
de la ligne blanche et sont étendus entre l’appendice xiphoïde et le pubis.
a
b
Figure 10 : a- Oblique interne ; b- Oblique externe (d’après Kapandji 2007).
2.4.2. Les muscles latéro-vertébraux lombaires
Ils sont aux nombres de deux. Le psoas (psoas) est un muscle long qui s’étend entre les
processus transverses et les disques intervertébraux des vertèbres D12 à L5 jusqu’au petit
trochanter du fémur (Figure 11a). Le carré des lombes (quadratus lumborum) s’attache entre
la dernière côte, les processus transverses des cinq vertèbres lombaires et la crête iliaque.
Lorsque le bassin est fixe, ils permettent l’inclinaison homolatérale. Le psoas provoque en
plus, une rotation du tronc du côté controlatéral (Figure 11b).
17
La Lombalgie
a
Anatomie fonctionnelle du tronc
b
Figure 11 : a - Psoas et b - Carré des lombes
(d’après Calais-Germain 2005).
2.4.3. Les muscles postérieurs du tronc
Ils sont disposés en plusieurs couches. Les muscles les plus profonds sont principalement des
muscles intersegmentaires courts (Figure 12), ils s’insèrent sur deux vertèbres consécutives.
Les muscles intertransversaires (intertransversarii) vont d’un processus transverse à l’autre.
Ils permettent l’inclinaison latérale du rachis s’ils ne sont sollicités que d’un seul côté. Les
muscles interépineux (interspinalis) sont tendus d’une épine à la suivante. Ils provoquent
l’extension des vertèbres.
Figure 12 : Intertransversaire et interépineux
(d’après Calais-Germain 2005).
Les muscles transversaires épineux (multifidi) sont formés de quatre faisceaux qui partent tous
d’un même processus transverse (Figure 13). Les faisceaux les plus courts sont les fibres
laminaires. Elles s’attachent sur l’étage vertébral n+1 et n+2 au niveau des lames. Les deux
autres faisceaux s’attachent au niveau vertébral n+3 et n+4 sur les processus épineux. Les
fibres de ce muscle étant obliques, elles vont induire les mouvements d’extension, de rotation
et d’inclinaison latérale du rachis.
18
La Lombalgie
Anatomie fonctionnelle du tronc
Figure 13 : Transversaire épineux. Les chiffres 1,
2, 3 et 4 correspondent aux 4 étages supérieurs où
s’attachent chacun des faisceaux du transversaire
épineux (d’après Calais-Germain 2005).
Le muscle longissimus thoracique (longissimus) et le muscle ilio-costal lombal (iliocostalis)
naissent d’une masse commune (Figure 14). Celle-ci est attachée par une épaisse couche
tendineuse sur le sacrum et sur la face postérieure des crêtes iliaques. Le muscle longissimus
thoracique est une longue bande musculaire qui se fixe sur les processus transverses des
vertèbres lombaires et dorsales jusqu’à la face postérieure de la deuxième côte. Le muscle
ilio-costal lombal évolue en plusieurs faisceaux superposés allant de la masse commune
jusqu’aux cinq dernières vertèbres cervicales. La principale action de ces muscles est
l’extension du rachis mais ils ont également une action d’inclinaison latérale et de rotation
lorsqu’ils ne sont contractés que d’un seul côté.
Figure 14 : Longissimus
Kapandji 2007).
19
thoracique
(d’après
La Lombalgie
Origine de la lombalgie
3. Origine de la lombalgie
La lombalgie et la douleur qu’elle engendre peuvent avoir plusieurs origines. Les muscles
spinaux peuvent être source de lombalgie. Bogduk (1980) a montré que des injections salines
hypertoniques dans ces muscles induisaient des lombalgies et des douleurs somatiques
localisées. Les muscles spinaux peuvent être affectés par des déchirures suite à un effort
important ou un étirement soudain. Des études menées chez les animaux ont montré que les
jonctions tendineuses cèdent lorsque les muscles sont étirés avec force (Garrett et coll. 1988).
Cette lésion peut entraîner une réponse inflammatoire pouvant être source de douleur. Ces
lésions pourraient résulter de la combinaison des mouvements de flexion et de rotation du
tronc.
Le « déséquilibre musculaire » (Jull et Janda 1987) est également supposé engendrer une
douleur. Dans le cas du rachis lombaire, c’est le déséquilibre entre les fléchisseurs et les
extenseurs du tronc, exprimé par le ratio Fléchisseurs/Extenseurs (F/E), qui serait mis en
cause (Dvir et Keating 2003 ; Newton et coll. 1993). Cependant, aucune étude ne semble
s’accorder sur un ratio F/E unique, quelle que soit la population considérée (saine vs.
lombalgique) (Dervišević et coll. 2007 ; Drapala et Trzaskoma 2006 ; Hultman et coll. 1993).
Certains auteurs rapportent des ratios de 0,75 pour les sujets sains, et supérieurs à 1 pour les
lombalgiques chroniques (Dvir et Keating 2003 ; Newton et coll. 1993), alors que d’autres
montrent des valeurs variant de 0,36 à 0,43 pour ces deux populations (Hultman et coll.
1993), ou fluctuant entre 0,54 et 0,64 (Dervišević et coll. 2007).
L’entorse ligamentaire, particulièrement au niveau du ligament interépineux, peut également
être une source de lombalgie. Feinstein et coll. (1954) ont montré que la stimulation
expérimentale par injections salines hypertoniques dans le ligament interépineux engendrait
une lombalgie avec une douleur projetée dans les extrémités inférieures. Cependant, Wik
(1995) a montré que l’anesthésie de ce ligament interépineux n’a soulagé la douleur que pour
20
La Lombalgie
Origine de la lombalgie
10 patients sur une cohorte de 230. L’entorse de ce ligament n’est donc pas un facteur
déterminant de la douleur ressentie par le sujet lombalgique chronique.
Les disques intervertébraux étant innervés (Yoshizawa et coll. 1980), ils sont également une
source potentielle de lombalgie. Des expériences menées soit par injection d’une solution
saline dans le nucleus pulposus (Bogduk et coll. 1995) ou par stimulation thermique de
l’annulus fibrosus (O’Neill et coll. 2002), ont démontré que la douleur engendrée peut être
ressentie dans la fesse ou la partie postérieure de la cuisse. Ces expériences montrent que les
disques vertébraux et plus particulièrement lombaires peuvent être responsables de douleurs
somatiques correspondant aux douleurs du patient lombalgique.
21
La Lombalgie
Prise en charge de la lombalgie
4. Prise en charge de la lombalgie
4.1. Le syndrome de déconditionnement
L’étude de Mayer et coll. (1985) a décrit la lombalgie chronique comme étant un syndrome de
déconditionnement, résultant d’une somme de facteurs agissant sur la personne :
l’immobilisation due à la douleur, l’inactivité croissante, les lésions des tissus mous et la
douleur. Ce syndrome de déconditionnement se traduit le plus souvent par une diminution des
activités quotidiennes principalement liée à cette douleur permanente ou déclenchée par le
mouvement. La limitation fonctionnelle ajoutée à la peur de se faire mal est le centre du
problème (Tait et coll. 1990). Parmi les causes physiques, et en particulier au niveau du tronc,
l’insuffisance musculaire paravertébrale et abdominale joue un rôle important mais non
exclusif (Kong et coll. 1996 ; Kerkour et Meier 1994).
Ce syndrome que la lombalgie chronique engendre, provoque un déconditionnement à l’effort
qui entraîne une diminution des capacités physiques initiales. Cette désadaptation survient
après plusieurs semaines d’inactivité (Olivier et coll. 2008). On note principalement une perte
de la flexibilité, qui se traduit par une hypo-extensibilité musculotendineuse, notamment au
niveau des muscles (ischio-jambiers), et des capacités musculaires en endurance et en force
des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc (Bibré et coll. 1997).
Le manque d’activité quotidienne engendré par les souffrances lombaires peut entraîner une
baisse de l’aptitude aérobie, une atrophie des différentes fibres musculaires au niveau des
muscles multifidi (Jowett et coll. 1975) et une diminution de la musculature des parois
antérieure et postérieure du tronc (Nachemson et Lindh 1969). Les muscles extenseurs du
tronc sont normalement plus puissants que les fléchisseurs (Andersson et coll. 1988). Ce sont
majoritairement des muscles posturaux pour les muscles du plan profond ainsi que de
puissants stabilisateurs du tronc pour les muscles superficiels. La littérature montre que dans
cette pathologie, les muscles extenseurs du tronc perdent beaucoup plus de force que les
22
La Lombalgie
Prise en charge de la lombalgie
fléchisseurs surtout aux vitesses rapides correspondant aux vitesses gestuelles quotidiennes
(Newton et coll. 1993 ; Mayer et coll. 1985). L’étude de Lavignolle et coll. (1989) réalisée
dans des conditions isométriques et isocinétiques confirme ces résultats. La force évaluée
dans des conditions isométriques, sur 125 patients lombalgiques, montrait une diminution de
20% pour les muscles fléchisseurs et de 40% pour les muscles extenseurs du tronc par rapport
à des sujets sains. L’évaluation isocinétique révélait, quant à elle, une diminution de la force
de 48% à la vitesse angulaire de 120°/s. Lee et coll. (1999) confirment l’existence d’une
différence significative entre la force développée chez le sujet sain et celle produite par le
patient souffrant de lombalgie pour les muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc. Les
auteurs concluent que ce déséquilibre est prédictif de l’apparition ultérieure d’une lombalgie.
En fait, cette différence entre les sujets sains et lombalgiques représente plutôt un facteur de
risque pour le sujet présentant un déséquilibre de la force des muscles du tronc. Cependant,
outre le paramètre de force, il faut également en considérer d’autres qui sont liés à la vie
quotidienne. La contraction musculaire peut être perturbée par la répétition d’un geste, la
fatigabilité, les accélérations brusques ainsi que le retard de contraction de certains muscles
stabilisateurs. Wilder et coll. (1996) ont montré que dans une situation de port de charge
soudain comme lorsque l’on rattrape un colis qui nous échappe, le temps de réaction des
muscles concernés était allongé par plusieurs facteurs : la fatigue mais surtout la présence ou
non d’une lombalgie. Dans cette situation, il est aisé de comprendre qu’une tâche bien
exécutée est mieux tolérée par le rachis qu’une autre réalisée sans apprentissage ou sur une
musculature fatiguée. Richardson et coll (1999) ont grâce à l’imagerie statique ainsi que
l’électromyographie, montré que les muscles extenseurs touchés principalement par la
lombalgie sont les stabilisateurs du tronc et notamment les muscles transversus abdomini
ainsi que le multifidus.
23
La Lombalgie
Prise en charge de la lombalgie
Sur le plan fonctionnel, c’est la perte de l’endurance qui est marquante, car elle va entraîner
une augmentation de la douleur lors de la reprise d’activité et une crainte des douleurs
provoquées lors des mouvements du dos (Kishino et coll. 1985).
A ce déconditionnement physique, s’ajoute une désocialisation progressive. En plus de l’arrêt
de travail provoquant une perte d’identité professionnelle, la grande majorité des sujets
lombalgiques évoque aussi un arrêt des activités de loisirs provoquant une perte de contact
avec l’entourage, ainsi qu’une diminution de leur qualité de vie (Polatin et coll. 1993).
4.2. Les différents types de prise en charge
4.2.1. Le repos général
La plupart des méthodes de rééducation proposées aux patients souffrant de lombalgie sont
fondées sur la prise en charge d’un symptôme. Le traitement de la douleur est le plus souvent
le point central du problème. Lors de la prise en charge d’une lombalgique chronique, on
assiste à la mise en place d’un traitement physique inspiré de celui proposé à la phase aiguë.
Ainsi, le repos est fortement conseillé, l’économie des mouvements impliquant une mise en
jeu du rachis est recommandée et les médications sont maintenues. Ce traitement médical
représenté par les antalgiques et les anti-inflammatoires ne semble justifié que dans le cas de
lombosciatique ou pendant une phase aiguë. A l’état chronique, leur efficacité est incertaine
(Poiraudeau et coll. 2004 ; Deyo 1983). Il est maintenant admis que le repos général et
l’alitement prolongé ne sont plus recommandés comme moyen thérapeutique. Les
conséquences sur le plan physique au-delà de quatre jours sont importantes avec un risque de
pérennisation de la symptomatologie (Rozenberg et coll. 2002 ; Deyo et coll. 1986). On peut
supposer que les conséquences d’une immobilisation prolongée (désadaptation cardiovasculaire, perte de tonus musculaire) mises en avant par différents auteurs, sont applicables
et transposables aux patients souffrant de lombalgie chronique. De plus, Costill et coll. (1985)
24
La Lombalgie
Prise en charge de la lombalgie
ont montré, sur des sportifs, que l’alitement entraînait des complications par la suite, telle que
la diminution de la force du tronc.
4.2.2. Les traitements physiques
Les différents traitements physiques tels que la massokinésithérapie, l’acupuncture, la
balnéothérapie ou les manipulations vertébrales montrent une efficacité à court terme
intéressante mais leur efficacité à long terme reste discutée (Poiraudeau et coll. 2004 ;
Assendelft et coll. 2003 ; Cherkin et coll. 2003 ; Hoehler et coll. 1981). La physiothérapie est
reconnue comme sédative de la douleur, mais la sédation n’est bien souvent que temporaire,
ce qui pose un réel problème avec la lombalgie chronique (Ter Riet et coll. 1990). Les
manipulations vertébrales semblent être d’un intérêt controversé. Certaines études
reconnaissent leur efficacité à court terme (Hadler et coll. 1987 ; Nwuga 1982) mais leur
efficacité réelle à long terme sur les patients souffrant de lombalgie chronique semble absente
(Assendelft et coll. 2003 ; Shekelle et coll. 1992). Les techniques passives font partie
intégrante des prises en charge ayant pour point problématique la douleur, d’où sa
prescription courante lors des lombalgies chroniques. Cependant, de même que pour les autres
techniques, son effet sur la douleur est transitoire (Poiraudeau et coll. 2004).
Le traitement chirurgical est indiqué par la nature et la gravité potentielle de certaines
atteintes neurologiques, compliquant l’évolution d’une lomboradiculalgie (Nachemson 1993).
Il faut cependant notifier que le retentissement psychologique de la chirurgie dans la
lombalgie chronique est important et nécessite une prise en charge multidisciplinaire.
25
La Lombalgie
Prise en charge de la lombalgie
4.2.3. Les écoles du dos
Les écoles du dos ont constitué la première démarche active face à la lombalgie chronique.
Cette démarche mise en place fin à la fin des années 60 par Marianne Zachrisson-Forsell,
contenait déjà les lignes directrices des écoles du dos actuelles (Zachrisson-Forsell 1981) :
rendre le patient acteur de sa guérison, lui enseigner les causes de sa douleur et lui apprendre
les gestes et les postures adéquates. Les écoles du dos proposent un programme de
reconditionnement physique ainsi que l’apprentissage d’une nouvelle gestuelle physique
(Phélip 1991). Elles s’appuient sur des règles d’économie rachidienne et du dos
(Vanvelcenaher 2003) et ont surtout pour objectif la diminution de la fréquence des récidives
douloureuses, de l’absentéisme professionnel et de la dépendance du patient vis à vis de sa
douleur (Masquelier 1991). Les écoles du dos réalisent des programmes de 3 jours à 1
semaine associant une information sommaire concernant les notions élémentaires d’anatomie,
de biomécanique, de pathologie mécanique du rachis et la réalisation d’exercices musculaires
simples (Poiraudeau 2004 ; Revel 1995). Les résultats de ces écoles sont décrits comme
positifs sur le court terme (Vanvelcenaher 2003 ; Grardel et coll. 1991) mais ayant tendance à
s’effacer sur le long terme (Daltroy et coll. 1997 ; Versloot et coll. 1992).
4.2.4. Le programme de restauration fonctionnelle du rachis
Le programme de restauration fonctionnelle du rachis (RFR) fondé sur le traitement du
syndrome de déconditionnement (Vanvelcenaher et Vanhee, 1995), fait partie de l’arsenal
thérapeutique conventionnel de la prise en charge des lombalgies chroniques (Poiraudeau et
coll. 1999 ; Mayer et coll. 1985). Ces programmes de réentraînement à l’effort abordent le
traitement de la lombalgie chronique de manière différente des écoles du dos, des techniques
passives ou de la physiothérapie. En effet, l’expertise de chacun des intervenants impliqués
dans la prise en charge multidisciplinaire du patient lombalgique chronique et du programme
26
La Lombalgie
Prise en charge de la lombalgie
de réentraînement à l’effort est mise en commun afin de lutter contre la sédentarisation des
patients et ainsi, faciliter la reprise du travail (Véron et coll. 2008). La douleur n’est jamais le
critère principal d’efficacité de ces programmes car la réduction de la douleur ne semble pas
être un facteur prédictif de retour au travail (Bontoux et coll. 2004). Les exercices des
établissements proposant les programmes de restauration fonctionnelle comprennent toujours
pour la partie réentraînement physique, des étirements, un renforcement musculaire et un
travail de l’aptitude aérobie (Poiraudeau et coll. 2004). Le programme de réentraînement
physique est fondé sur une première évaluation du patient lors de son inclusion dans le
protocole RFR. Ce premier bilan permet de renseigner les intervenants ainsi que les patients
sur plusieurs paramètres : la perception de la douleur, la flexibilité lombo-pelvi-fémorale et
les aptitudes musculaires (Vanvelcenaher 2003). Un second bilan est parfois mis en place lors
de séjour long (5 semaines) dans l’établissement. A la sortie du patient, un dernier bilan est
effectué. Celui-ci fournit des renseignements sur l’évolution finale de l’état du patient et
constitue un point de départ pour le suivi futur et les visites ultérieures dans l’établissement.
27
La Lombalgie
Evaluation de la force musculaire
5. Evaluation de la force musculaire du sujet lombalgique
L’évaluation de la force musculaire peut être réalisée à partir de contraction isométrique, (au
cours de laquelle il n’y a pas de déplacement des points d’insertions des muscles concernés),
ou à partir de contraction dynamique lors d’un rapprochement (travail concentrique) ou un
éloignement des leviers (travail excentrique).
5.1. L’évaluation musculaire isométrique
L’évaluation isométrique des muscles du tronc, est principalement réalisée par 2 types de
mesure : les tests de Biering-Sørensen pour les extenseurs du tronc (Biering-Sørensen 1984)
et de Ito pour les fléchisseurs du tronc (Ito et coll. 1996). Au cours de ces évaluations, le
temps de maintien d’une posture est enregistré, les critères d’arrêt du chronomètre étant soit
l’épuisement musculaire, soit la douleur.
Ces deux évaluations de la force musculaire isométrique 1) demandent peu de matériel, 2)
sont peu coûteuses et 3) sont faciles à mettre en œuvre chez le lombalgique. Elles permettent
un bon suivi des progrès réalisés lors du programme de restauration fonctionnelle du rachis
(Ito et coll. 1996 ; Hultman et coll. 1993 ; Biering-Sørensen 1984). Le Biering-Sørensen, par
exemple, rapporte un élément sur l'endurance des muscles paravertébraux, notamment le
multifidus et l’ilio-costal (Flicker et coll. 1993). Ito et coll. (1996) ont montré que les
consignes simples permettent une compréhension facile de l’exercice à réaliser et que les
différents tests sont vécus par la personne souffrant de lombalgie chronique comme étant non
agressifs, donc pratiqués sans appréhension.
Les tests isométriques bien que facilement réalisables et permettant d’obtenir rapidement des
renseignements sur les groupes musculaires évalués, ne représentent pas la solution idéale
pour l’évaluation musculaire régulière du sujet. Ils restent limités dans la pertinence des
informations qu’ils fournissent sur les capacités musculaires du lombalgique. En effet, le
28
La Lombalgie
Evaluation de la force musculaire
recrutement musculaire au cours d’une contraction isométrique n’est pas maximal dans cette
population (Mayer et coll. 1995). Ainsi, les évaluations isométriques pratiquées en centre
renseignent plus sur la résistance à la fatigue lors d’une contraction le plus souvent sousmaximale, qu’ils ne fournissent une évaluation de la force musculaire. En outre, le degré de
motivation du patient est une limite importante car c’est lui qui déterminera la performance
réalisée. De plus, la standardisation (position, angle) n’est pas évidente à mettre en œuvre
entre les tests d’entrée et de sortie. En effet, les mesures effectuées sont trop éloignées des
conditions d’utilisation physiologique de la musculature du tronc (Codine et coll. 2001). Le
tronc étant à considérer comme un élément indissociable car fonctionnant dans un système
global, il faut des outils d’évaluation adaptés permettant des mesures concrètes et objectives.
Les appareils isocinétiques font partie de ces outils (Mayer et coll. 1985). Enfin, leur
utilisation est d’autant plus indiquée que la plupart des mouvements sportifs ou de la vie
quotidienne sont réalisés en dynamique.
5.2. L’évaluation dynamique de la force musculaire
5.2.1. L’évaluation iso-inertielle
L’évaluation musculaire dans des conditions iso-inertielles peut être réalisée soit avec des
appareils de musculation classique, et donc dans un environnement plus ou moins contrôlé,
soit par de soulever de caisses chargées. L’appareil de musculation permet de placer le sujet
dans une position standardisée. Après une familiarisation obligatoire avec l’appareil et le
mouvement, avec des charges sous-maximales, le patient doit réaliser plusieurs contractions
avec une augmentation de la charge après chaque essai réussi. La mesure s’arrête dès
l’apparition d’une sensation douloureuse ou lorsque les critères de réalisation ne sont plus
correctement respectés (compensation ou amplitude du mouvement réduite). La dernière
charge soulevée en respectant les critères de réussite correspond alors à la charge maximale
29
La Lombalgie
Evaluation de la force musculaire
que le groupe musculaire sollicité peut soulever. Pour des raisons de sécurité, l’utilisation
d’appareils permettant de guider la masse à soulever est privilégiée.
L’évaluation dynamique avec le port de charge correspond d’avantage à une évaluation
fonctionnelle d’un système pluri-articulaire car elle sollicite dans un même mouvement les
membres supérieurs et inférieurs. Le PILE (Progressive Isoinertial Lifting Evaluation) est un
test américain (Mayer et coll. 1988). Son adaptation française correspond au test du Soulever
de Charges (TSC). Le TSC est fondé sur un cycle : saisir puis soulever une caisse lestée du
sol, la poser sur un plan horizontal situé à 75 cm du sol, puis reposer la caisse à son
emplacement de départ. Il faut réaliser 4 cycles en 20 secondes pour chaque caisse chargée.
L’incrémentation des charges est de 5 kg (à partir d’une charge minimale de 5 kg) pour les
hommes, alors qu’elle est de 2,5 kg pour les femmes (à partir d’une charge minimale de 2,5
kg) après chaque essai réussi. L’épreuve s’arrête soit à la demande du patient ou lorsque le
temps est dépassé. Le PILE rajoute 2 critères d’arrêt du test : 1) lorsque le sujet a atteint une
quantité de charges additionnelles supérieure à 50% de sa masse corporelle, ou 2) si sa
fréquence cardiaque atteint plus de 80% de sa fréquence cardiaque maximale. Ces différentes
mesures mises en place au cours du programme de réentraînement du patient permettent de
quantifier la progression entre son inclusion et sa sortie.
5.2.2. L’évaluation isocinétique
5.2.2.1. Définition
Dans les années 60, Hislop et Perrine (1967) ont été parmi les premiers à décrire le concept
des appareils isocinétiques. Leur utilisation s’étend aussi bien au domaine sportif (Fry et coll.
1991; Sharp et coll. 1982) qu’à la rééducation (Pocholle et Codine 1998 ; Heuleu et coll.
1991). Leur fonctionnement repose sur le contrôle de la vitesse du levier sur lequel le segment
corporel étudié est attaché (Baltzopoulos et Brodie 1989 ; Osternig 1986). De fait, quand le
30
La Lombalgie
Evaluation de la force musculaire
mouvement angulaire du segment corporel égalise ou dépasse la vitesse présélectionnée, le
dynamomètre produit une résistance de telle sorte que la vitesse angulaire reste constante.
Pour atteindre la vitesse présélectionnée, un délai temporel est nécessaire et la mesure du
couple articulaire n’intervient que lorsque cette vitesse est atteinte. Ainsi, les phases
d’accélération et de freinage du mouvement qui pourraient affecter les résultats, ne doivent
pas être prises en compte par le système de mesure isocinétique car elles ne correspondent pas
à des conditions isocinétiques et ne sont par conséquent pas interprétables (Chomiki et coll.
1998). Elles correspondent tout simplement à la mise en action du système de levier par le
sujet pour atteindre la vitesse désirée, et à l’arrivée en butée du levier en fin de mouvement
(Sapega et coll. 1982).
Les appareils isocinétiques permettent d’isoler l’action d’un groupe musculaire (Gülch 1994)
et de collecter des données quantifiables, offrant l’opportunité de réaliser dans des conditions
opératoires standardisées, une observation et une évaluation musculaire objectives, pertinentes
et quantitatives des capacités de force à développer (Kannus 1994). A leur début, les appareils
isocinétiques étaient équipés d’un programme informatique simple permettant de comparer
les données de chacun des côtés ainsi que le calcul : du travail total, de la puissance et de
l’endurance. Par la suite, diverses améliorations ont été ajoutés telles que le rétrocontrôle, la
correction de la gravité, les différents modes de contraction (concentrique, excentrique,
passif). L’ajout de modules d’évaluation permet au clinicien d’évaluer toutes les principales
articulations corporelles. L’isocinétisme est une méthode qui ne se substitue pas aux autres
techniques de rééducation conventionnelle (manuelles ou instrumentales) mais qui constitue
un moyen complémentaire parmi l’ensemble des techniques de rééducation disponibles
(Maurer et coll. 1999 ; Calmels et coll. 1986). Cependant, même si la contraction isocinétique
est éloignée des conditions d’utilisation physiologique des muscles (gestes quotidiens soumis
à des variations d’accélération), il semble intéressant lors de la rééducation, d’utiliser le
31
La Lombalgie
Evaluation de la force musculaire
renforcement musculaire sur les appareils d’isocinétisme en complément d’un travail statique,
isotonique, et/ou à différentes vitesses de contraction (Codine et coll. 2001). L’intérêt
principal de l’évaluation isocinétique lors de l’évaluation de la force musculaire est qu’elle
donne un grand nombre de renseignements sur les performances dynamiques d’un groupe
musculaire telles que la force, le travail, l’explosivité et l’endurance (Kannus 1994).
L’asservissement du paramètre vitesse par la machine permet d’éviter des calculs difficiles et
approximatifs rencontrés dans d’autres formes d’exercices dynamiques, en particulier
d’éliminer les effets inertiels. Lors du réentraînement, la résistance variable permet de
travailler en sécurité. C’est l’avantage majeur. Il n’y a pas de mouvement retour à effectuer du
levier, cela évite les accidents lors des contractions excentriques (MacIntyre et coll. 1995).
Lors de la rééducation, les exercices proposés peuvent se situer dans la zone de force sousmaximale ou non douloureuse, tout en travaillant sur l’amplitude totale du mouvement. De
plus, le mode passif permet une mobilisation musculaire dès les premiers temps de la prise en
charge (ou après la chirurgie) (Perrin 1993). Bref, l’exercice isocinétique permet de s’adapter
aux possibilités du sujet.
En théorie toutes les articulations majeures du corps humain peuvent être évaluées avec les
appareils isocinétiques. Cependant, les localisations les plus fréquentes sont le genou (Dvir et
David 1996 ; Kellis et Baltzopoulos 1996), l’épaule (Ellenbecker et Roetert 1999 ; Brox et
coll. 1995) et le tronc (Akebi et coll. 1998 ; Vézirian et coll. 1996).
Les membres inférieurs ont fait l’objet de multiples études en condition isocinétique.
L’expérience a permis d’améliorer les conditions d’expérimentation comme la prise en
compte des inerties dues aux masses des segments corporels et du levier (Winter et coll.
1981), ou l’importance du rétrocontrôle visuel pour augmenter les valeurs de la performance
(Campenella et coll. 2000).
32
La Lombalgie
Evaluation de la force musculaire
La position au cours de l’évaluation doit être standardisée et décrite avec précision car un
changement de position d’une articulation au cours du mouvement (Miller et coll. 1997),
amène une modification des paramètres enregistrés. L’alignement entre l’axe de rotation du
dynamomètre et l’axe de l’articulation à étudier doit en théorie être presque parfait. Un défaut
d’alignement peut entraîner un biais dans le recueil des mesures (Deslandes et coll. 2008 ;
Greenfield et coll. 1990). Le coefficient de fiabilité et de reproductibilité des mesures
isocinétiques est supérieur à 0,8 aussi bien pour le membre supérieur (Greenfield et coll.
1990 ; Hageman et coll. 1988), que le membre inférieur (Kues et coll. 1992 ; Gross et coll.
1991 ; Harding et coll. 1988) ou le tronc (Grabiner et coll. 1990 ; Smidt et coll. 1980).
5.2.2.2. Evaluation isocinétique des muscles du tronc
Les études concernant le tronc dans des conditions isocinétiques sont nombreuses (Akebi et
coll. 1998 ; Luoto et coll. 1996 ; Vézirian et coll. 1996). Comme pour les mesures aux
niveaux des membres inférieurs (Herzog 1988 ; Winter et coll. 1981), les poids du dossier et
du tronc du sujet doivent être pris en compte lors de l’évaluation du couple. Vézirian et coll.
(1996) montrent que négliger l’effet de ces paramètres mécaniques conduit à surévaluer le
moment maximal d’environ 20% pour les fléchisseurs du tronc et à sous-évaluer d’environ
15% celui des extenseurs. Le ratio fléchisseurs-extenseurs du tronc après correction de la
gravité était alors de 50% supérieur aux valeurs de ratio obtenues sans correction de la
gravité.
La rééducation en condition isocinétique a pour but, comme toutes les autres techniques de
rééducation, de restaurer les performances musculaires antérieures. Pour cela, cette pratique
s’attache à redonner un gain d’amplitude pour le patient et à retrouver une souplesse des
muscles agonistes et antagonistes (Chan et Maffulli 1996). Le bilan isocinétique en fin de
programme de renforcement musculaire est un moyen d’évaluer les progrès effectués durant
33
La Lombalgie
Evaluation de la force musculaire
les semaines passées dans le centre. Cette évaluation isocinétique est proposée dans certains
programmes de renforcement musculaire des extenseurs et fléchisseurs du tronc chez des
lombalgiques chroniques (Voisin et coll. 1994 ; Vanvelcenaher et coll. 1994). Cette
évaluation réalisée avec le système Liftask simule un mouvement de soulever de charge
(Figure 15). Les résultats montrent généralement que chez les sujets lombalgiques, les
muscles extenseurs sont les plus touchés, avec des différences significatives par rapport aux
sujets sains. La différence sur les pics de force entre des sujets masculins indemnes de
lombalgie et les patients est d’environ 50% quelque soit la vitesse étudiée (Kishino et coll.
1985). Cependant, ce mouvement fait intervenir toute la chaîne musculaire de l’individu et ne
permet pas de distinguer la part des membres inférieurs de celle du tronc.
Figure 15 : Outil isocinétique d’évaluation et
d’entraînement en simulation de soulever de
charges – Liftask (d’après Vanvelcenaher 2003).
Si on s’intéresse plus particulièrement à l’évaluation de la force des muscles fléchisseurs et
extenseurs du tronc, on s’aperçoit que le paramètre le plus utilisé pour caractériser ces
muscles est le moment maximal. Gremion et coll. (1996) ont d’ailleurs publié une base de
données portant sur l’analyse du moment maximal rapporté au poids corporel du sujet. Ces
auteurs montrent une variation de ce paramètre en fonction du sexe et de l’âge du sujet, mais
n’abordent pas l’évolution en fonction de la vitesse pour chaque groupe d’âge. Akebi et coll.
(1998) se sont intéressés à l’influence de la vitesse angulaire sur la variation du moment
maximal chez des sujets sains et lombalgiques chroniques, de sexe masculin et féminin. Cette
étude a révélé que le coefficient de variation du moment maximal était plus grand chez les
34
La Lombalgie
Evaluation de la force musculaire
femmes que chez les hommes. Il était plus important chez les patients lombalgiques que les
sujets sains. Ces coefficients de variation pour une vitesse angulaire de 120°/s étaient
supérieurs à ceux obtenus pour une vitesse de 60°/s. Les différentes études portant sur la
mesure de la force du tronc n’ont pris en compte qu’une, deux, voire trois vitesses angulaires
(Schumacker et coll. 1999 ; Gremion et coll. 1996). Ces études ont permis de comparer le
moment des sujets sains à celui de sujets lombalgiques (Akebi et coll. 1998 ; Kerkbour et
Meier 1994), d’estimer le ratio extenseurs-fléchisseurs des muscles du tronc (Roques et coll.
2002 ; Gremion et coll. 1996), de quantifier l’effet de la douleur (Akebi et coll. 1998, Luoto et
coll. 1996). Aucune étude ne s’est cependant attachée à établir des relations entre le moment
et la vitesse angulaire pour les muscles du tronc alors que celles-ci sont largement
documentées pour le membre inférieur (Rahmani et coll. 1999 ; Arsac et coll. 1996 ; Seck et
coll. 1995 ; Harries et Bassey 1990).
Un objectif de ce travail (étude 1) a été d’évaluer les capacités des muscles fléchisseurs et
extenseurs du tronc chez le sujet sain à l’aide d’un appareil isocinétique, afin d’établir une
relation entre le moment et la vitesse pour ces deux groupes musculaires.
5.2.2.3. Evaluation iso-inertielle ou isocinétique des patients lombalgiques
Les tests dynamiques à charge constante n’autorisent pas le développement du moment
maximal du sujet sur toute l’amplitude du mouvement (Croisier 2002). De plus, la recherche
de la résistance maximale que l’individu peut soulever une seule fois (le 1-RM) par essais
successifs, entraîne une fatigue qui peut nuire à la validité des mesures obtenues (Merat
1988). Il est difficile de mesurer et contrôler la force développée pour différentes charges.
Cela rend la mesure imprécise lors de l’étude de la performance musculaire humaine (Sapega
1990).
35
La Lombalgie
Evaluation de la force musculaire
Par opposition, l’utilisation de dynamomètre isocinétique dans l’évaluation des patients
lombalgiques offre l’opportunité de réaliser dans des conditions opératoires standardisées, une
observation et une évaluation musculaires objectives, pertinentes et quantitatives des capacités
de force à développer (Kannus 1994). La résistance variable offre l’avantage d’une évaluation
dans de bonnes conditions de sécurité lors du traitement de pathologie musculo-tendineuse
(Baltzopoulos et Brodie 1989 ; Timm 1988). La vitesse du mouvement peut être modifiée
pour s’adapter aux capacités du sujet ; par ailleurs la résistance de l’ergomètre est
proportionnelle aux différentes capacités musculaires pour chaque angle, car la force
musculaire n’est pas la même selon l’amplitude angulaire choisie (Huijing 1992). De plus, il
n’y a pas besoin de solliciter le muscle dans des conditions excentriques et donc
potentiellement traumatisantes pour revenir à la position de départ (MacIntyre et coll. 1995).
Un objectif de ce travail (étude 2) a porté sur l’évaluation, dans des conditions isocinétiques,
des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc chez le sujet lombalgique chronique à partir
des relations moment-vitesse et puissance-vitesse.
36
La Lombalgie
Relations force-vitesse et puissance-vitesse
6. Les relations force-vitesse et puissance-vitesse
6.1. Au niveau du muscle isolé
Le système locomoteur humain met en jeu trois systèmes qui sont en interaction : un système
rigide (les os), un système servant de lien (les articulations) et un système mobilisateur (les
muscles). Le muscle est un tissu capable de générer une force et de la transmettre par
transformation d’une énergie chimique en énergie mécanique. Le but pour le muscle est de se
raccourcir (action concentrique) ou de s’opposer à son allongement (action excentrique). La
connaissance structurelle du muscle permet de comprendre ses propriétés mécaniques. La
myosine et l’actine constituent les protéines contractiles du muscle. L’organisation régulière
des filaments d’actine et de myosine en sarcomère puis en myofibrille renforce le caractère
contractile de la fibre musculaire. Le raccourcissement des fibres et le comportement
mécanique des ponts d’union sont expliqués par Huxley (1957) sous le nom de « théorie des
filaments glissants ». L’association en ponts d’union par glissement des filaments protéiques
d’actine et de myosine les uns par rapport aux autres provoque le raccourcissement des fibres.
Weber (1846) modélise les caractéristiques de la mécanique musculaire en assimilant le
muscle en contraction à un simple ressort. Par la suite, Hill (1922) associe à ce ressort un
élément visqueux en parallèle. Cependant, ce modèle n’est pas suffisant pour expliquer la
tension de repos importante constatée lorsque le muscle est soumis à un étirement élevé.
Modifié par Hill (1951), ce dernier propose un modèle à 3 composantes (Figure 16) : la
composante contractile (CC) modélise le générateur de la force musculaire, c’est à dire les
ponts d’union entre l’actine et la myosine ; la composante élastique série (CES) est composée
d’une partie active constituée des ponts actine-myosine et d’une partie passive localisée dans
les structures tendineuses du muscle ; la composante élastique parallèle (CEP) correspond aux
tissus conjonctifs et sarcolemme, soit à l’enveloppe du muscle.
37
La Lombalgie
Relations force-vitesse et puissance-vitesse
Figure 16 : Modèle à trois composantes (d’après
Shorten 1987).
La force d’un groupe musculaire dépend de la longueur des muscles concernés. Cette
performance est expliquée par la relation force-longueur qui est construite en connectant les
points obtenus lors de contractions isométriques maximales à partir de différentes longueurs
de repos. Cette relation applicable à chaque muscle reflète le comportement mécanique des
fibres composant le muscle (Huijing 1992). Les pics de force (tension) développés sont
fonction du nombre de ponts d’unions créés entre les filaments d’actine et de myosine de la
fibre musculaire, ainsi que du degré de chevauchement de ces deux protéines contractiles. Ce
qui explique pourquoi, on a moins de force lorsqu’une articulation est en extension ou flexion
complète. Les chevauchements sont minimaux ou maximaux.
La forme de la courbe force-longueur s’explique à partir des résultats obtenus sur une fibre
isolée de grenouille (Gordon et coll. 1966). En accord avec les données ultérieures de Edman
et Reggiani (1987), ces auteurs ont montré qu’une longueur de sarcomère de 2,05 et 2,0 m
respectivement, correspond au maximum de ponts d’union entre les filaments d’actine et de
myosine. Lorsque l’on s’éloigne de cette longueur, le nombre de ponts d’union diminue et la
force produite n’est plus maximale. La composante contractile ou force active est une relation
de type parabolique où la force atteint un maximum à une longueur optimale L0 (Figure 17).
Cependant, la relation force-longueur croit à nouveau sur sa deuxième partie, c’est la
contribution de la composante élastique parallèle, une force passive s’ajoute donc à la force
active. Avant L0, c’est principalement la CC qui produit la force et après cette longueur
optimale, c’est la CEP qui influence la relation.
38
La Lombalgie
Relations force-vitesse et puissance-vitesse
Figure 17 : Relation force-longueur globale (2) est
le résultat de la contribution de la composante
contractile (3) et de la composante élastique
parallèle (1) (d’après Goubel et Lensel-Corbeil
2003).
La force maximale que peut développer un muscle dépend aussi de la vitesse à laquelle il se
raccourcit. Lorsque la vitesse est proche de zéro, c’est presque une action isométrique,
induisant le développement d’une force maximale. Ensuite, lorsque la vitesse augmente, le
sarcomère se raccourcit plus vite, le cycle d’attachement et détachement des ponts d’actines et
de myosine est plus rapide. Cela implique qu’a chaque moment il y a moins de ponts créés et
donc moins de force produite (Huxley 1957). L’établissement d’une relation force-vitesse
permet d’estimer la vitesse maximum de raccourcissement d’un muscle. Cette relation
exprime le fait que la vitesse de raccourcissement du muscle est dépendante de la force
imposée. Cette relation de forme hyperbolique décroissante au niveau du muscle isolé, montre
que le couple force et vitesse s’ajuste selon le modèle de Hill (1938) pour former une relation
force-vitesse (Figure 18).
Figure 18 : Exemple de relations force-vitesse (trait
plein) et puissance-vitesse (pointillé) obtenues sur
du muscle isolé (d’après Jones et coll. 2005).
A vitesse nulle, le muscle produit un exercice isométrique, c’est la force maximale
isométrique (F0). De même, la vitesse de raccourcissement lors d’une charge nulle sera notée
39
La Lombalgie
Relations force-vitesse et puissance-vitesse
V0. Ces deux paramètres caractéristiques peuvent être déduits de la relation force-vitesse et
modélisés sous la forme :
(F + a)(V + b) = (F0 + a)b = (V0 + b)a
La force F s’exprime en newton (N), la vitesse de contraction V en mètre par seconde (m/s),
les constantes a et b représentent respectivement, les dimensions d’une force et d’une vitesse.
La valeur a/F0 caractérise la courbure de la relation force-vitesse.
La puissance d’un muscle correspondant au produit de la force par la vitesse, elle peut être
calculée à partir de la relation force-vitesse. Entre F0 et V0, le produit de la force par la vitesse
détermine une relation polynomiale qui donne deux autres paramètres physiologiques, la
puissance maximale (Pmax) et la vitesse optimale (Vopt). C’est donc la valeur a/F0 de la relation
force-vitesse qui influencera directement les valeurs de Pmax et Vopt. Si le muscle montre une
courbure très incurvée pour la relation force-vitesse, la puissance développée sera faible.
La relation force-vitesse et par conséquent la relation puissance-vitesse sont influencées par
plusieurs facteurs. Le type de fibres composant le muscle est un premier facteur. Dès 1967,
Barany montre que l’activité ATPasique de la myosine influence la vitesse de
raccourcissement de la fibre musculaire et que cela doit être observable à la fois sur le muscle
entier et la fibre isolée. Les travaux de Brooke et Kaiser (1970) confirment ces idées et
démontrent, à partir de la coloration de l’ATPase myofibrillaire, qu’il existe 3 types de fibres
dans le muscle squelettique humain : I (lentes), IIa (intermédiaires), IIb (rapides), présentant
les mêmes relations force-vitesse et puissance-vitesse avec des paramètres de F0, V0, Pmax et
Vopt différents au niveau du muscle in-situ de ceux mesurés in-vivo (Figure 19).
40
La Lombalgie
Relations force-vitesse et puissance-vitesse
Figure 19 : Exemple de relation force-vitesse,
puissance-vitesse pour des fibres de type I (triangle
et trait plein respectivement) et pour des fibres de
type IIb (rond et pointillés, respectivement)
(d’après Bottinelli et coll. 1996).
La vitesse de raccourcissement d’un muscle composé de fibres de type II est deux fois plus
élevée que celle d’un muscle composé de fibres de type I (Close 1964). Les fibres rapides
présentent une vitesse de raccourcissement à charge nulle 3 à 5 fois supérieure à celle des
fibres lentes (Barany 1967). V0 dépend également de la température ainsi que de la longueur
des sarcomères (Jones et coll. 2005 ; Minajeva et coll. 2002 ; Edman 1979).
6.2. Lors du mouvement d’extension
L’évaluation isocinétique d’un groupe musculaire permet d’obtenir plusieurs caractéristiques
fonctionnelles du sujet : les pics de moment et de puissance, le moment moyen, la puissance
moyenne absolues (en Nm pour les moments, et en W pour les puissances) ou relatives
(rapportées à la masse du sujet, Nm/kg). La littérature rapporte que le moment maximal est la
variable la plus précise, la plus fiable et la plus reproductible des valeurs mesurées lors d’un
mouvement isocinétique (Kannus 1992 ; Sapega 1990 ; Bemben et coll. 1988), Kannus (1994)
montre également que les autres variables pouvant être obtenues lors de l’exercice
isocinétique (la puissance, le travail…) sont aussi fiables que les données obtenues pour le pic
de moment. L’obtention de plusieurs pics de moment pour plusieurs vitesses angulaires
permet d’établir outre un bilan musculaire précis, une relation entre le moment et la vitesse
pour le groupe musculaire évalué, et ainsi compléter l’exploration diagnostique du sujet par
différentes variables musculaires.
41
La Lombalgie
Relations force-vitesse et puissance-vitesse
Ces différents paramètres obtenus lors de la détermination des relations moment-vitesse et
puissance-vitesse au cours du mouvement isocinétique permettent de quantifier le niveau de
puissance qu’un groupe musculaire est capable de produire. En associant des mesures
isométriques et dynamiques lors d’un mouvement mono-articulaire, Thorstensson et coll.
(1976) tentent de décrire des relations moment-vitesse de forme hyperbolique (Figure 20).
Obtenues avec des sujets masculins devant réaliser une extension maximale du genou lors
d’une prise de mesure isométrique d’une part, et des mesures réalisées à différentes vitesses
dans des conditions isocinétiques d’autre part, ces mesures unissent deux modes d’activation
musculaire différents (Murphy et Wilson 1996). Si on ne s’intéresse qu’au mouvement réalisé
dans des conditions dynamiques, la relation observée n’est plus de forme hyperbolique mais
se rapproche d’une forme linéaire. Ce même type de comportement se retrouve dans
l’association de mesures réalisées dans des conditions isométriques ainsi qu’iso-inertielles
d’extension du genou (Tihanyi et coll. 1982). L’évaluation dynamique menée contre
différentes charges, montre une relation plutôt de forme linéaire entre le moment et la vitesse.
Figure 20 : Relation Moment-Vitesse lors de
contractions isocinétiques (d’après Thorstensson et
coll. 1976).
Depuis plusieurs années, différentes études ont montré des relations linéaires entre le moment
et la vitesse pour des mouvements mono-articulaires lors de contractions iso-inertielles
(Rahmani et coll. 1999) ou isocinétiques (Caiozzo et coll. 1981 ; Perrine et Edgerton 1978 ;
Thorstensson et coll. 1976). Cette forme linéaire de la relation a également été obtenue pour
42
La Lombalgie
Relations force-vitesse et puissance-vitesse
des mouvements pluri-articulaires en condition iso-inertielle (Rahmani et coll. 2004 ;
Izquierdo et coll. 2002 ; Rahmani et coll. 2001 ; Seck et coll. 1995 ; Bosco et coll. 1995 ;
Vandewalle et coll. 1987) et isocinétique (McCartney et coll. 1983 ; Sargeant et coll. 1981).
Cette relation linéaire suit le même schéma que celle décrite par Hill, le moment diminue avec
l’augmentation de la vitesse. Elle permet de déterminer les mêmes paramètres musculaires : le
moment maximal isométrique théorique M0, qui correspond à l’intersection de la relation avec
l’axe de moment ainsi que la vitesse maximale de contraction pour une charge nulle V0,
correspondant à l’intersection de la relation avec l’axe de vitesse. Cette relation linéaire est de
type :
M = M0 . 1
V
V0
Où M représente le moment mesuré en Newton-mètre (Nm) et V la vitesse préréglée pour les
appareils isocinétiques (en °/s).
La puissance est le résultat du produit entre le moment et la vitesse. La relation entre le
moment et la vitesse étant linéaire, cela induit une relation polynomiale du second degré entre
la puissance et la vitesse (Rambaud et coll. 2008 ; Rahmani et coll. 2001 ; Bosco et coll.
1995 ; Sargeant et coll. 1981) (Figure 21). Cette relation polynomiale coupe l’axe des
abscisses aux deux points caractéristiques de la relation force-vitesse (M0 et V0), la relation
puissance-vitesse est ainsi nulle pour ces valeurs. Entre ces deux valeurs, la courbe de
puissance-vitesse atteint une puissance maximale (Pmax) correspondant à une vitesse de
contraction optimale (Vopt).
43
La Lombalgie
Relations force-vitesse et puissance-vitesse
Figure 21 : Exemple de relation Force-Vitesse
(losange) et Puissance-Vitesse (cercle) obtenues
durant un exercice d’extension de la jambe avec
(symboles noirs) et sans (symboles blancs) prise en
compte de l’inertie (d’après Rahmani et coll. 1999).
Les relations entre le moment et la vitesse obtenues in vivo lors de la contraction d’un système
pluri articulaire chez l’Humain, sont linéaires alors qu’elles sont hyperboliques pour le muscle
isolé. Plusieurs facteurs permettent d’expliquer cette différence. Que ce soit lors d’exercices
mono- ou pluri-articulaires, le mouvement n’est pas effectué par un seul muscle mais par un
ou plusieurs groupes musculaires, il est donc soumis à une variation des bras de levier et de
l’angle articulaire. De plus, le muscle humain in situ atteint des vitesses de contraction
moindres que lors de conditions in vitro. En relation avec l’influence de la composition en
fibres du muscle, il est possible d’influencer la relation moment-vitesse et notamment la pente
de la relation (Thorstensson et coll. 1976). En effet, la relation moment-vitesse et par
conséquent puissance-vitesse peut être modifiée avec un entraînement approprié. Caiozzo et
coll. (1981) montrent avec un entraînement sur un ergomètre isocinétique concernant les
extenseurs du genou qu’il est possible de faire varier cette relation moment-vitesse. Mais cette
relation peut également être modifiée avec un travail isométrique. Kaneko et coll. (1983) sur
les fléchisseurs du coude et Duchateau et Hainaut (1984) sur les adducteurs du pouce
montrent un gain des valeurs de F0, V0 et Pmax quel que soit le type d’entraînement des sujets,
isométrique ou dynamique. Les variations dans les paramètres musculaires obtenus peuvent
s’expliquer et être mis en relation avec la composition en fibres du groupe musculaire évalué.
Le muscle étant composé de fibres ayant différentes propriétés contractiles, Thorstensson et
coll. (1976) ont montré que la répartition des différents types de fibres dans le muscle
44
La Lombalgie
Relations force-vitesse et puissance-vitesse
influence la pente de la relation moment-vitesse. Plus la pente est importante, plus M0 est
grand et plus V0 est faible indiquant que le muscle étudié contient un pourcentage de fibres
lentes (type I) important. Si la relation moment-vitesse se déplace vers la droite, c’est que le
muscle étudié est majoritairement constitué de fibres rapides, induisant des valeurs de F0, V0
et Pmax plus importantes (Tihanyi et coll. 1982). Ainsi, la composition en fibres du muscle
influencera la pente de la relation moment-vitesse et les paramètres qui y sont associés. La
bicyclette à courroie de distribution et volant d’inertie a été utilisée pour montrer que
différentes populations de sportifs, les sprinters, les coureurs de demi fond et les coureurs de
100 km, qui demandent respectivement des caractéristiques de puissance et d’endurance
différentes n’obtiennent pas des valeurs de puissance maximale et de vitesse optimale
identiques. Les valeurs de Pmax et de Vopt des sprinteurs sont supérieures à celles des coureurs
de demi fond qui sont également supérieures à celle de coureurs de 100 km (Arsac et coll.
1995). Hautier et coll. (1996) ont confirmé l’idée que les paramètres musculaires obtenus avec
la relation puissance-vitesse sont influencés par le pourcentage de fibres rapides dans le
groupe musculaire considéré.
45
Buts de l’étude
La Lombalgie
7. Buts de l’étude
Dans le domaine de la rééducation, les relations moment-vitesse et puissance-vitesse obtenues
lors du travail isocinétique sont bien documentées mais restent souvent limitées au membre
inférieur. Le premier objectif de ce travail a été de mettre en place un protocole d’évaluation
des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc dans des conditions isocinétiques afin 1)
d’établir des relations moment-vitesse et puissance-vitesse de ces groupes musculaires, et 2)
de décrire l’allure de ces relations.
Ce premier objectif atteint, ce protocole de mesure a ensuite été appliqué à des sujets
souffrant de lombalgie chronique pour 1) voir si les relations étaient influencées par la
pathologie puisque celle-ci touche les muscles du tronc et 2) comparer les capacités
musculaires des sujets lombalgiques à celles de sujets sains pour identifier le(s) paramètre(s)
musculaire(s) le(s) plus influencé(s) par la pathologie.
Enfin, une troisième étude avait pour but d’étudier l’intérêt de l’évaluation des relations
moment-vitesse et puissance-vitesse des muscles du tronc par rapport aux évaluations
classiques (Ito, Sorensen, 1-RM, Soulever de charge) dans le programme de renforcement
musculaire de trois semaines proposé au centre de l’Arche.
46
Etude 1
ETUDE 1
Relations moment-vitesse et puissancevitesse
des
muscles
fléchisseurs
et
extenseurs du tronc
Mickaël Ripamonti, Denis Colin, Abderrahmane Rahmani (2008)
Torque–velocity and power–velocity relationships during isokinetic
trunk flexion and extension. Clinical Biomechanics, 23(5): 520-526.
Mickaël Ripamonti, Denis Colin, Abderrahmane Rahmani (2005)
Mise en place d’un protocole d’évaluation des muscles du tronc dans
des conditions isocinétiques.
XXVème Congrès National Scientifique de la Société Française de
Médecine du Sport, Saint Etienne.
47
Etude 1
Introduction
1. Introduction
Depuis de nombreuses années, les appareils isocinétiques sont utilisés pour caractériser les
aptitudes musculaires des individus aussi bien dans le domaine sportif (Fry et coll. 1991) que
clinique (Pocholle et Codine 1998). Les relations moment-vitesse et puissance-vitesse
exploitées pour les membres inférieurs et supérieurs chez l’être humain lors de l’exercice
isocinétique (Valour et coll. 2003 ; Seck et coll. 1995), n’ont pas été établies pour les muscles
du tronc.
Ce type de relation présente un intérêt pour des patients en centre de rééducation et peut
s’avérer utile pour l’évaluation de leurs aptitudes physiques (force, vitesse, et donc puissance)
dans un environnement sécurisé. Par exemple, l’extrapolation à partir de ces relations du
moment maximal qu’un individu est capable de développer affranchit le clinicien d’une
évaluation de la force contre des résistances trop importantes. De plus, la comparaison des
relations pré- et post-rééducation est un moyen qui nous renseigne de manière fiable sur
l’efficacité du programme de renforcement musculaire. Enfin, les patients lombalgiques
constituent une population hétérogène en termes d’âge, de sexe, et de capacités physiques. La
description des relations moment-vitesse et puissance-vitesse devrait rendre possible
l’individualisation du suivi du patient car les données recueillies reflètent ses caractéristiques
musculaires.
Le but de cette étude est i) de montrer qu’il est possible d’établir des relations moment-vitesse
et puissance-vitesse pour les muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc lors d’un exercice
isocinétique ; ii) d’établir les précautions à prendre pour que ces relations soient fiables et
représentatives des capacités musculaires d’un individu.
48
Etude 1
Matériels et méthodes
2. Matériels et méthodes
2.1. Sujets
Neuf sujets de sexe masculin (âge : 26
11 ans ; taille : 1,76
0,19 m ; masse corporelle : 75
15 kg) indemnes de lombalgie ou de problèmes au dos ont participé à cette étude. Après une
période de familiarisation avec l’appareil isocinétique utilisé le jour de l’évaluation et
quelques répétitions à vitesses rapides, un consentement éclairé est signé par le sujet et le
protocole expérimental expliqué.
2.2. Systèmes de mesure
Toutes les mesures isocinétiques sont effectuées sur l’ergomètre Biodex système 1 (model
900-240, Biodex Corporation, Shirley, NY, USA) (Figure 22) du Centre de rééducation et
réadaptation fonctionnelle de l’Arche. Elles sont ensuite enregistrées sur l’ordinateur relié au
système de mesure (PC 486 DX2, 66 Mhz) via une carte d’acquisition échantillonnée à une
fréquence de 100 Hz (Biodex Medical Systems Inc. X2151, Shirley, NY, USA).
Figure 22 : Dynamomètre isocinétique BIODEX système 1.
49
Etude 1
Matériels et méthodes
Le sujet est assis sur un fauteuil rembourré et articulé dont l’assise est stable et le dossier
mobile (Figure 23). Cette partie est asservie au moteur situé à la droite du sujet, qui lui-même
est relié au système informatique. Situé à la gauche du sujet, le moniteur permet un
rétrocontrôle visuel après l’achèvement de chaque série. En effet, chaque répétition étant
représentée par une couleur, cela permet de pouvoir discuter avec le sujet de son ressenti et de
repérer directement sur les courbes les différentes étapes de son effort.
Figure 23 : Module d’évaluation du tronc.
Le sujet est assis sur le fauteuil (Figure 24) de manière à ce que l’axe de rotation du dossier
soit au regard de la face postéro-externe de ses crêtes iliaques. Le dossier est pourvu de
coussins lombaire et thoracique ainsi que d’un appui-tête ajustable, permettant une installation
confortable du sujet. Le fauteuil est également muni de cale-pieds réglables en hauteur afin de
limiter l’utilisation des membres inférieurs. L’angle défini entre la cuisse et la jambe est de
15° par rapport à la ligne médiane de la cuisse (Smith et coll. 1985). Pour éviter toute
compensation, l’assise est dotée de deux sangles velcro au niveau des cuisses afin de
50
Etude 1
Matériels et méthodes
solidariser les membres inférieurs au fauteuil lors de la réalisation des différentes séries. Le
dossier est également pourvu de sangles ajustables, au niveau des épaules du sujet. Celles-ci
permettent de solidariser le tronc au dossier afin de limiter au maximum le décollement des
épaules lors des mouvements de flexion-extension. L’utilisation du module tronc pour
l’évaluation des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc permet de modéliser le tronc par
un segment corporel rigide, et la hanche par une liaison pivot. Nous émettons les hypothèses
qu’il ne doit pas y avoir d’enroulement au niveau de la colonne vertébrale, ou de manière
négligeable, et que les mouvements horizontaux du tronc sont négligeables. Pour cela, les
sujets tiennent les sangles avec leurs mains au niveau des épaules, sans croiser les bras, pour
former un bloc. Les bras ne doivent pas être en tension, la tête du sujet est droite et repose sur
l’appui tête.
Figure 24 : Position de départ du protocole isocinétique.
51
Etude 1
Matériels et méthodes
2.3. Protocole expérimental
Le protocole s’est déroulé en plusieurs temps. Le premier temps correspondait à une
explication du déroulement de l’expérimentation aux sujets. Lors de cette session, ceux-ci ont
pu se familiariser à l’appareillage et au mouvement à effectuer lors de l’évaluation. Un
consentement éclairé a également été signé à la fin de cette session.
La deuxième séance correspondait à la prise de mesure des muscles fléchisseurs du tronc. Elle
débutait par un échauffement standardisé composé de séries de flexions-extensions à 300, 200
et 150°/s. Chaque sujet a réalisé respectivement 20, 15 et 10 répétitions sous-maximales aux
différentes vitesses. Entre chacune de ces séries, le sujet respectait un repos de 3 minutes
minimum. L’évaluation des muscles fléchisseurs était réalisée 10 minutes après
l’échauffement. Les sujets devaient alors effectuer une série de flexions-extensions à 6
vitesses différentes (120, 105, 90, 75, 60 et 45°/s). Les flexions-extensions à chacune des
vitesses étaient espacées de 3 minutes de repos au minimum.
Le troisième temps d’expérimentation correspondait à l’évaluation des muscles extenseurs.
Cette session de mesure intervenant après un intervalle de 2 jours au maximum. Le protocole
appliqué était identique à celui des muscles fléchisseurs du tronc afin de comparer les deux
groupes musculaires dans les mêmes conditions.
Au cours des séries, seule la phase concentrique du groupe musculaire étudié était prise en
compte. La phase de retour excentrique s’effectuait sans effort à une vitesse angulaire fixée à
300°/s, ainsi le sujet n’avait pas d’effort à fournir et ne rencontrait aucune résistance. Deux
essais étant suffisants pour atteindre la performance maximale aux vitesses lentes (Mawdsley
et Knapik 1982), les sujets ont réalisé trois répétitions successives aux vitesses de 45, 60 et
75°/s. Aux vitesses « modérées » (90, 105, 120°/s), la performance étant améliorée après les 2
ou 3 premiers essais (Osternig 1986), les patients ont réalisé 5 essais successifs. Entre chaque
contraction, le sujet devait respecter un temps d’arrêt de 1 seconde afin d’éviter l’utilisation
52
Etude 1
Matériels et méthodes
de la phase excentrique précédant la contraction. Sur la figure 27 présentant un exemple des
courbes de moment et de vitesse angulaire au cours d’une série d’extensions du tronc, on peut
constater que pendant la phase de retour (flexion dans ce cas), le moment produit par le sujet
est nul, ce qui montre son relâchement total.
L’amplitude totale de travail angulaire était de 60°, avec un angle de départ de 90° entre le
tronc et le membre inférieur pour atteindre un angle final de 30° vers l’avant. Le protocole
devant être appliqué aux patients lombalgiques, cette amplitude de mouvement permet
d’éviter aux sujets de se retrouver dans une zone de travail pouvant occasionner des douleurs.
Le protocole d’évaluation débutait par les muscles fléchisseurs du tronc pour éviter aux sujets,
et plus particulièrement aux sujets lombalgiques, une trop grande appréhension de l’exercice à
réaliser. Des encouragements verbaux ont été lancés tout au long du test pour que les sujets
réalisent une contraction la plus rapide et la plus forte possible à chaque mouvement.
2.4. Acquisition des données
Pour éviter toute surestimation des mesures de force et obtenir des données fiables, le poids
du sujet ainsi que celui du bras de levier ont été déterminés avant l’évaluation. L’estimation
de ces poids était effectuée à partir d’une position standard du sujet, qui restait immobile et
relâché, grâce à une procédure automatique du système isocinétique. Les données étaient alors
enregistrées, échantillonnées à 100Hz via une carte interface (Biodex Medical Systems Inc.
X2151, Shirley, NY, USA). L’analyse des données n’a pas été réalisée à partir des données
fournies automatiquement par l’ergomètre isocinétique, mais à partir des valeurs instantanées
(valeurs brutes) récupérées dans le système de mesure. La phase de travail (phase active) au
cours de laquelle les sujets travaillaient réellement à la vitesse constante préréglée était alors
déterminée (Figure 25). La puissance instantanée était alors obtenue par calcul du produit de
la vitesse de mesure par le moment. Pour chaque vitesse, l’essai pour lequel le moment
53
Etude 1
Matériels et méthodes
maximal était le plus important était considéré comme le meilleur essai et était utilisé pour
l’analyse des données. Le moment maximal correspondant à cet essai ainsi que la puissance
calculée étaient alors recueillis pour tracer les relations moment-vitesse et puissance-vitesse.
Moment (Nm), Vitesse (°/s)
300
Moment
Phase active
250
200
150
Vitesse
100
50
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
- 50
- 100
Temps (ms)
Figure 25 : Exemple d’évolution du moment (trait gras) et de la vitesse (trait fin) en fonction du temps au
cours d’une série d’extensions du tronc à 75°/s.
2.5. Relation moment-vitesse et puissance-vitesse
Les relations moment-vitesse angulaire et puissance-vitesse angulaire ont été tracées à partir
des six mesures réalisées aux vitesses préréglées. Pour les muscles fléchisseurs et extenseurs
du tronc, le moment pic (Mpic) et la puissance pic (Ppic) recueillis pour chaque vitesse
angulaire ont été utilisés pour tracer respectivement, les relations moment-vitesse et
puissance-vitesse.
La relation moment-vitesse a été définie par une relation linéaire. L’utilisation d’un modèle
non linéaire n’augmente pas significativement la valeur de corrélation de cette relation. Le
moment maximal isométrique (M0) et la vitesse maximale de contraction à vide (V0)
correspondant à l’intersection de la relation linéaire avec, respectivement, l’axe du moment et
de la vitesse ont été extrapolés à partir de l’équation de la régression. L’angle pour lequel le
moment maximal était atteint a également été identifié.
54
Etude 1
Matériels et méthodes
La relation puissance-vitesse a été décrite par une relation polynomiale du second ordre. A
partir de cette relation, la puissance maximale (Pmax) et la vitesse optimale (Vopt)
correspondante ont été extrapolées. Les valeurs de moment et de puissance ont été exprimées
par rapport à la masse corporelle de l’individu, soit, respectivement en Nm/kg et W/kg.
2.6. Analyse statistique
Les données sont présentées sous forme de moyenne et d’écart type (X (ET)). Toutes les
relations présentées ont été décrites par des régressions linéaires ou polynomiales, avec un
coefficient de corrélation (r) et un seuil de significativité (p). Ce seuil de significativité a été
fixé à p < 0,05. Une analyse ANOVA pour mesures répétées a été utilisée pour comparer les
angles auxquels les moments maximaux sont associés. Si une différence significative était
démontrée, un test a posteriori de Tukey était alors appliqué pour déterminer la ou les vitesses
pour lesquelles ces différences apparaissaient.
55
Etude 1
Résultats
3. Résultats
3.1. Données mécaniques
Les valeurs des moments maximaux (Mpic), des puissances maximales (Ppic) et des angles
pour lesquels ces valeurs sont obtenues aux différentes vitesses angulaires sont présentées
dans le tableau 1. Le moment pic intervient au début de la contraction musculaire pour les
muscles fléchisseurs (entre 70-80°) et extenseurs (entre 40-50°) du tronc. Quel que soit le
groupe musculaire considéré, plus la vitesse angulaire est faible et plus le moment maximal et
la puissance maximale sont obtenus précocement au cours de l’effort. Les angles
correspondant à chacune des vitesses angulaires ne sont pas significativement différents entre
deux vitesses consécutives sauf pour la vitesse de 120°/s qui est différentes d’avec la vitesse
de 105°/s pour les deux groupes musculaires.
Tableau 1 : Moment maximal (Mpic), puissance maximale (Ppic) et angle pour lequel les
valeurs maximales sont atteintes pour chaque vitesse angulaire. L’écart type est présenté
entre parenthèses.
Fléchisseurs
Extenseurs
Vitesse angulaire
(°/s)
Mpic
(Nm/kg)
Ppic
(W/kg)
Angle
(°)
Mpic
(Nm/kg)
Ppic
(W/kg)
Angle
(°)
120
1,9 (0,21)
4,1 (0,43)
69 (4)
3,3 (1,09)
7,1 (2,27)
50 (7)
105
2,3 (0,45)
4,3 (0,83)
73 (4)
4,3 (1,03)
7,8 (1,90)
46 (4)
90
2,4 (0,47)
3,9 (0,73)
76 (3)
4,6 (0,91)
6,9 (1,42)
44 (4)
75
2,5 (0,52)
3,3 (0,68)
79 (2)
4,7 (0,75)
5,9 (0,98)
41 (3)
60
2,6 (0,51)
2,7 (0,53)
81 (2)
4,8 (0,73)
4,8 (0,76)
39 (3)
45
2,8 (0,55)
2,2 (0,43)
83 (2)
4,6 (0,66)
3,6 (0,52)
38 (3)
56
Etude 1
Résultats
3.2. Les relations moment-vitesse angulaire
Cinq sujets n’ayant pas réussi à atteindre 120°/s lors des flexions du tronc, les données pour
cette vitesse angulaire n’ont pas été prises en compte. Cependant, les relations momentvitesse obtenues pour les muscles fléchisseurs du tronc étaient linéaires pour le groupe entier
(r = 0,97, p < 0,001), et pour chacun des sujets (r = 0,96-0,99, p < 0,01) (Figure 26). Les
valeurs de M0 et V0 extrapolées à partir des relations moment-vitesse étaient respectivement
4,5
4,7 Nm/kg et 263,9
153°/s.
Pour les muscles extenseurs du tronc, tous les sujets ont réussi à atteindre les six vitesses
préréglées. Les relations moment-vitesse obtenues sont linéaires pour le groupe entier (r =
0,96, p < 0,001) et pour chacun des sujets (r = 0,82-0,97, p < 0,05) (Figure 27). Les valeurs de
M0 et V0 extrapolées à partir des relations moment-vitesse sont respectivement 6,34
Nm/kg et 294,1
1,2
81,3°/s.
Figure 26 : Exemple sur un sujet de
relations moment-vitesse et puissancevitesse pour les muscles fléchisseurs du
tronc.
.
Si les muscles extenseurs du tronc sont évalués à la suite du groupe des fléchisseurs, en
respectant un temps de repos d’au moins 10 minutes entre les deux évaluations, la relation
57
Etude 1
Résultats
moment-vitesse n’est plus linéaire mais polynomiale du second degré pour le groupe entier (r
= 0,98, p < 0,03) et pour chacun des sujets (r = 0,91-0,99, p < 0,05) (Figure 28). La relation
semble s’aplanir dans les vitesses lentes pour tous les sujets. Les moments mesurés pour les
deux vitesses les plus lentes (i.e. 45 et 60°/s) ne montrent pas de différence significative.
Figure 27 : Exemple sur un sujet de relations
moment-vitesse et puissance-vitesse pour les
muscles extenseurs du tronc.
3.3. Les relations puissance-vitesse angulaire
Les relations puissance-vitesse sont décrites par des relations polynomiales du second ordre
pour les muscles fléchisseurs du tronc pour le groupe entier (r = 0,99, p < 0,05) et pour
chaque sujet (r = 0,96-0,99, p < 0,05). Les valeurs de Pmax et Vopt extrapolées étaient
respectivement 4,47
1,83 W/kg et 171,1
86,8°/s.
Lors du mouvement d’extension, les relations puissance-vitesse sont également de forme
polynomiale du second degré pour le groupe entier (r = 0,99, p < 0,05) et pour chacun des
sujets (r = 0,98-0,99, p < 0,05). Les valeurs de Pmax et Vopt extrapolées étaient alors
respectivement 7,75
1,72 W/kg et 146,82
72,6°/s. Pour les deux groupes musculaires, les
58
Etude 1
Résultats
relations ne présentaient que la partie ascendante de la relation. Cependant, quel que soit le
groupe musculaire considéré, la valeur de Pmax extrapolée à partir de l’équation de la
régression n’était significativement pas différente de la puissance mesurée à la vitesse de
120°/s.
Figure 28 : Exemple sur un sujet de
relations moment-vitesse et puissancevitesse pour les muscles extenseurs du tronc
après l’évaluation des fléchisseurs du tronc.
59
Etude 1
Discussion
4. Discussion
4.1. Données mécaniques
Les valeurs des moments maximaux pour les mouvements de flexion et d’extension du tronc
obtenues dans cette étude sont en accord avec celles rapportées dans la littérature (Kolyniak et
coll. 2004 ; Woodhouse et coll. 1993). Les résultats montrent également que l’angle pic
correspondant au moment pic augmente lorsque la vitesse angulaire diminue (Tableau 1). Ces
résultats sont aussi en accord avec la littérature (Osternig 1986 ; Thorstensson et coll. 1976).
Thorstensson et coll. (1976) montrent sur un mouvement isocinétique d’extension du genou,
que le temps pour atteindre le moment maximal augmente avec la vitesse angulaire. Ce
phénomène peut vraisemblablement être attribué à une période d’accélération plus longue lors
de l’augmentation de la vitesse (Osterning 1986). Dans notre étude, les valeurs pics des
moments sont atteintes pour des angles d’environ 77
5° lors du mouvement de flexion et 43
5° lors du mouvement d’extension. Ces résultats sont en ligne avec ceux de Langrana et Lee
(1984) obtenus dans des conditions isocinétiques réalisées dans une position assise. Il est
intéressant de noter que l’angle d’apparition du moment pic lors du mouvement d’extension
dans notre étude, correspond à l’angle mesuré par Larivière et coll (2002) lors d’un exercice
de soulever de charges (43
7°). On peut supposer que l’angle obtenu pour le mouvement de
flexion dans le cas de notre protocole pourrait correspondre à l’angle de fin de réalisation d’un
exercice de soulever de charges. Il peut s’avérer intéressant de vérifier cette hypothèse dans le
cas des patients lombalgiques. En effet, la similarité des angles peut donner une orientation du
travail d’amplitude pour la rééducation musculaire des patients. Un travail de renforcement
musculaire autour de l’angle pour lequel les patients sont capables de produire le plus de force
possible pourrait venir en complément d’un travail sur une amplitude complète.
60
Etude 1
Discussion
On peut également remarquer que lorsque l’angle auquel ce moment pic est obtenu est
exprimé par rapport à la position de départ (i.e., 90° et 30° par rapport à l’axe horizontal,
respectivement pour les muscles fléchisseurs et extenseurs), sa valeur moyenne est de 13
5°
pour les deux groupes musculaires. Ce résultat est en accord avec de précédentes études qui
ont montré que la force maximale était toujours atteinte au même angle articulaire lors d’un
mouvement mono-articulaire d’extension du genou (Häkkinen et coll. 1987) ou pluriarticulaire de demi squat (Rahmani et coll. 2001), quelle que soit la masse soulevée. Ceci doit
attirer l’attention sur le fait que l’évaluation musculaire des patients lombalgiques inclus dans
un programme de restauration fonctionnelle du rachis est réalisée à partir des tests
isométriques de Shirado et de Sorensen (Poiraudeau et coll. 2007), sans réelle standardisation
de l’angle d’exécution. La détermination des angles auquel le moment maximal est obtenu
doit permettre une évaluation plus efficace dans des conditions isométriques. En effet,
Murphy et coll. (1995) ont montré que l’angle le plus pertinent pour évaluer le moment dans
des conditions isométriques doit correspondre à l’angle pour lequel le moment maximal est
obtenu dans des conditions dynamiques.
4.2. Les relations moment-vitesse angulaire
Les relations moment-vitesse établies pour les muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc
(Figure 28 et 29) sont en accord avec celles obtenues lors de contractions isocinétiques (Seck
et coll. 1995) ou iso-inertielles (Rahmani et coll. 2001) sur les membres inférieurs et
supérieurs (Driss et coll. 1998). Elles permettent donc de déterminer précisément les
caractéristiques mécaniques des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc à partir des
paramètres mécaniques décrits précédemment (i.e. M0, V0, Pmax et Vopt). Il est important de
noter que tous les sujets n’ont pas atteint la vitesse de 120°/s lors du mouvement de flexion du
tronc. On peut supposer que cette vitesse angulaire est trop élevée par rapport au seuil de
61
Etude 1
Discussion
réaction du muscle de certains sujets car les muscles du tronc sont principalement des muscles
posturaux (Moffroid 1997), jamais utilisés dans ces conditions d’exercice. Cependant, cela
n’affecte pas la linéarité de la relation, qui reste statistiquement significative.
Par contre, l’évaluation des muscles extenseurs du tronc lors de la même session que les
fléchisseurs révèle une relation moment-vitesse non plus linéaire mais polynomiale du second
ordre (Figure 30). Ce type de relation est comparable à celles obtenues dans certaines études
au cours d’extensions du genou (Froese et Houston 1985 ; Perrine et Edgerton 1978). Ces
études n’expliquaient ces relations que par le manque de confort possible rencontré par les
sujets (Perrine et Edgerton 1978). Dans notre cas, on peut imputer ce résultat à un phénomène
de fatigue musculaire même avec un temps de repos suffisant (10 minutes) entre l’évaluation
des deux groupes musculaires. De plus, on ne note aucune différence significative entre les
moments de force des muscles extenseurs mesurés aux vitesses les plus lentes. Spendiff et
coll. (2002) ont montré que la fatigue induisait une diminution des valeurs des pics de force.
Les mesures des muscles extenseurs à 45 et 60°/s sont les deux dernières mesures après une
série de 10 mesures (6 en flexion et 4 en extension). On peut alors comprendre que les sujets
subissent aussi bien une fatigue physique qu’une baisse de motivation. L’évaluation de la
fatigue musculaire aux moyens d’électrodes électromyographiques, n’a pu être envisagée. En
effet, les mouvements d’extension sollicitent principalement des muscles profonds,
difficilement identifiables par de l’électromyographie de surface. De plus, la partie lombaire
repose sur un coussin ne permettant pas la pose des électrodes. Enfin, la randomisation des
mesures n’a pas été envisagée car l’évaluation doit être pratiquée à une population de patients
lombalgiques chroniques. L’évaluation de ce type de patient doit débuter avec les muscles les
moins atteints (les fléchisseurs du tronc) et les vitesses induisant le moins de résistance (i.e.
les vitesses élevées). Ceci dans le but de rassurer le patient et de le placer dans de bonnes
conditions de réalisation du protocole.
62
Etude 1
Discussion
Par conséquent, l’évaluation des muscles du tronc doit être réalisée avec précaution, et
conduit à évaluer les deux groupes musculaires sur des sessions effectuées sur deux jours
différents.
4.3. Les relations puissance-vitesse angulaire
Les relations puissance-vitesse établies pour les muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc
(Figures 28 et 29) sont polynomiales du second ordre, conformément à celles rapportées dans
la littérature (Rahmani et coll. 2001 ; Taylor et coll. 1991). Néanmoins, les relations
puissance-vitesse obtenues pour les muscles du tronc ne sont décrites que dans la partie
ascendante de la relation. Ce résultat est conforme à ceux rapportés sur d’autres mouvements
tels que le squat (Rahmani et coll. 2001) ou le développé couché (Rambaud et coll. 2008). Le
point commun de ces différents mouvements, tout comme les mouvements de flexion et
d’extension du tronc est de faire intervenir plusieurs groupes musculaires. L’association de
ces différents groupes musculaires peut expliquer une relation puissance-vitesse incomplète.
Ce n’est, par exemple, pas le cas d’un mouvement mono-articulaire tel que l’extension des
genoux pour lequel un seul groupe musculaire intervient, et pour lequel la relation puissancevitesse est décrite complètement (Rahmani et coll. 1999).
La valeur de Pmax ne peut alors être déterminée qu’à partir de l’équation des polynômes
d’ordre deux. Ce résultat suppose qu’il faudrait étendre la gamme de mesure à des vitesses
élevées. Or, pour les muscles fléchisseurs du tronc, nous avons observé que plusieurs sujets
n’étaient pas capables d’atteindre la plus grande vitesse programmée dans notre étude
(120°/s). Dans une précédente étude, Chandelier (2003) avait tenté d’évaluer le moment
isocinétique sur des patients lombalgiques à des vitesses supérieures à 120°/s. Aucun patient
n’a pu atteindre cette vitesse. Cependant, dans notre étude, la détermination de Pmax à partir de
l’extrapolation de la courbe ne montre aucune différence significative avec la puissance
63
Etude 1
Discussion
obtenue à 120°/s chez les patients qui ont pu atteindre cette vitesse angulaire. On peut dès lors
considérer cette Pmax comme acceptable. Dans tous les cas, la relation significativement
linéaire des relations force-vitesse nous autorise également à estimer la Vopt et la Pmax comme
l’ont fait d’autres auteurs (Yamauchi et coll. 2009, Vandewalle et coll. 1987), à savoir : Vopt=
½ V0 et Pmax = ½ V0 x ½ M0.
5. En résumé
Cette étude a permis de mettre en place un protocole d’évaluation des muscles fléchisseurs et
extenseurs du tronc dans des conditions isocinétiques et d’établir des relations moment-vitesse
et puissance-vitesse pour ces deux groupes musculaires. Pour éviter les phénomènes de
fatigue et obtenir des paramètres musculaires fiables, les groupes musculaires doivent être
évalués lors de deux sessions différentes.
64
Etude 2
ETUDE 2
Relations moment-vitesse et puissancevitesse des muscles du tronc des patients
lombalgiques :
la
puissance
maximale
comme indicateur de la lombalgie
Mickaël Ripamonti, Denis Colin, Abderrahmane Rahmani (2010)
Maximal power of trunk flexor and extensor muscles as a qualitative
indicator of low back pain.Soumis The Spine Journal.
Mickaël Ripamonti, Denis Colin, Denis Schmidt, Michel Ritz,
Abderrahmane Rahmani (2009)
Isokinetic evaluation of trunk muscles in healthy and low back pain
subjects.
XXXIVème Congrès annuel de la Société de Biomécanique, Toulon.
Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering,
12(Suppl. 1), 215-216
65
Etude 2
Introduction
1. Introduction
L’évaluation des muscles du tronc a déjà été réalisée avec des appareils isocinétiques (Akebi
et coll. 1998 ; Grabiner et Jeziorowski 1992 ; Shirado et coll. 1992). L’adaptation de la
résistance au cours du mouvement permet une mesure dans des conditions optimales de
sécurité, même dans un contexte pathologique (Croisier 1996 ; Gleeson et Mercer 1996 ;
Perrin 1993). Comme nous l’avons déjà signalé (cf. Evaluation isocinétique des muscles du
tronc, page 36), plusieurs études ont utilisé les appareils isocinétiques pour estimer le ratio
extenseurs-fléchisseurs des muscles du tronc (Roques et coll. 2002 ; Gremion et coll. 1996),
ou quantifier l’effet de la douleur (Akebi et coll. 1998, Luoto et coll. 1996). Cependant, les
relations moment-vitesse et puissance-vitesse n’ont jamais été établies pour les muscles du
tronc. Or, ces relations nous renseignent sur les principales caractéristiques musculaires des
individus (Gür et coll. 2003 ; Häkkinen et coll. 1987).
La détermination des paramètres musculaires extrapolés (M0, V0, Pmax et Vopt) peut être
exploitée lors des programmes de restauration fonctionnelle du rachis (RFR). Généralement,
les programmes de réentraînement proposés dans le RFR se basent sur l’estimation de la
répétition maximale (1 RM). Même si cette charge maximale est déterminée à partir d’efforts
sous-maximaux, elle est souvent réalisée avec plusieurs charges, et elle ne renseigne que sur
la force maximale de l’individu. Cependant, la masse à déplacer n’est pas le seul paramètre à
prendre en compte. Les mouvements réalisés dans la vie courante ne nécessitent pas
forcément la production d’une force importante, mais souvent des variations de vitesse. Behm
et Sale (1993) montrent qu’avec des programmes utilisant différentes vitesses de
mouvements, on peut aussi obtenir une amélioration de la force. De plus, nous avons vu dans
la première étude que la fatigue pouvait influencer l’allure de ces relations. La lombalgie étant
une pathologie induisant une diminution de la force et de l’endurance musculaire (Olivier et
66
Etude 2
Introduction
coll. 2008), on peut supposer que cette pathologie qui a une incidence sur les muscles du tronc
pourrait également avoir une influence sur les relations moment-vitesse et puissance-vitesse.
Enfin, lors d’une comparaison entre patients lombalgiques et sujets sains, Grabiner et
Jeziorowski (1992) ont démontré que la puissance générée par les muscles extenseurs du tronc
semblait être un élément discriminant entre les deux groupes. Ces auteurs ont émis
l’hypothèse que les programmes de réentraînement des patients lombalgiques devraient
inclure la détermination de ce paramètre. A notre connaissance, aucune étude n’a cherché à
vérifier si la puissance musculaire des patients lombalgiques pouvait être considérée comme
un paramètre pertinent dans la comparaison des patients lombalgiques par rapport à un groupe
de sujets sains.
Le but de cette étude était d’appliquer le protocole de mesure établi lors de l’étude 1, sur des
patients souffrant de lombalgie chronique au centre de l’Arche. L’objectif était i) de comparer
les patients lombalgiques à une population témoin pour voir l’éventuelle influence de la
lombalgie sur les capacités musculaires des patients ; ii) de montrer que la puissance
maximale était un indicateur de la pathologie.
67
Etude 2
Matériels et méthodes
2. Matériels et méthodes
2.1. Sujets
Vingt et un sujets de sexe masculin ont pris part à cette étude et ont été réparti en deux
groupes. Les caractéristiques des deux groupes sont décrites dans le tableau 2.
Le groupe des lombalgiques (GL) constitué de onze sujets lombalgiques chroniques. Ces
patients étaient inclus dans le programme de restauration fonctionnelle du rachis en respectant
la définition de la Société Française de Rhumatologie sur lombalgie chronique : tous les
patients souffraient de cette pathologie depuis au minimum 5 ans, avec des épisodes
douloureux en continu. Les patients lombalgiques chroniques ont tous été examinés par le
médecin référent du Centre de l’Arche avant leur inclusion. Sont exclus de ce protocole, les
patients en grande souffrance physique lors de leur inclusion dans le programme RFR, les
patients ayant eut une chirurgie au niveau du rachis ou une pathologie cardiaque.
Le groupe contrôle (GC) était composé de dix hommes indemnes de lombalgie ou problèmes
de dos. Ces sujets étaient des personnes actives professionnellement, pratiquant une activité
physique occasionnelle et se rapprochant des critères anthropométriques de GL. Les données
anthropométriques des deux groupes ne révèlent aucune différence significative. Les critères
d’exclusion du protocole sont les mêmes que pour GL. Après une période de familiarisation
avec l’appareil isocinétique utilisé le jour du test et quelques répétitions à vitesses rapides, un
consentement éclairé est signé par le sujet et le protocole expérimental expliqué.
Tableau 2 : Caractéristiques anthropométriques des sujets sains (GC) et lombalgiques
chroniques (GL).
Caractéristiques
GL
GC
p
Age (années)
39,3 (8,5)
34,5 (8,2)
ns
Masse (kg)
82,7 (15,1)
76,0 (10,5)
ns
Taille (m)
1,78 (0,07)
1,75 (0,01)
ns
68
Etude 2
Matériels et méthodes
2.2. Système de mesure, protocole, acquisition des données
Le système de mesure, le protocole d’évaluation des muscles fléchisseurs et extenseurs du
tronc pour les deux groupes, et l’acquisition des données sont identiques à l’étude 1 (cf. page
49-54).
2.3. Analyse des données
Les relations moment-vitesse et puissance-vitesse sont établies selon une technique identique
à celle de l’étude 1 (page 54-55). Le ratio entre les muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc
(F/E) a également été déterminé sur les moments mesurés à chaque vitesse de contraction,
ainsi que pour les moments maximaux (M0) et la puissance maximale (Pmax) extrapolés à
partir des relations moment-vitesse et puissance-vitesse.
2.4. Analyse statistique
Les données sont présentées sous forme de moyenne et d’écart type (X
ET). Toutes les
relations présentées sont décrites par des régressions linéaires ou polynomiales, avec un
coefficient de corrélation (r) et un seuil de significativité (p). Ce seuil de significativité est
fixé à p < 0,05. Un test non paramétrique de Mann-Whitney a été utilisé pour comparer les
données recueillies pour le groupe de lombalgique à celles des sujets sains.
69
Etude 2
Résultats
3. Résultats
Les relations moment-vitesse sont linéaires pour les deux groupes de sujets, tant pour les
fléchisseurs (r = 0,90-0,99, p < 0,01) (Figure 29) que pour les extenseurs (r = 0,98-0,99, p <
0,001) (Figure 30) du tronc. Pour les fléchisseurs du tronc, les valeurs de V0 de GC sont
significativement plus élevées que celles de GL (respectivement 490
189°/s vs. 277
54°/s). Les valeurs de M0 ne montrent pas de différence significative entre les deux groupes
(2,78
1,05 Nm/kg pour GC vs. 2,41
0,60 Nm/kg pour GL).
Pour les muscles extenseurs du tronc, les valeurs de M0 sont significativement plus élevées
pour le GC que pour le groupe GL (respectivement 4,94
1,4 Nm/kg vs. 3,75
0,91 Nm/kg).
La vitesse maximale V0 ne montre pas de différence significative entre les deux groupes
(respectivement 365
147°/s pour GC vs. 338
169°/s pour GL).
Figure 29 : Exemple sur un patient
lombalgique chronique de relations momentvitesse (r = 0,92, p < 0,002) et puissancevitesse (r = 0,99, p < 0,02) pour les muscles
fléchisseurs du tronc.
70
Etude 2
Résultats
Figure 30 : Exemple sur un patient
lombalgique chronique de relations momentvitesse (r = 0,952, p < 0,001) et puissancevitesse (r = 0,99, p < 0,008) pour les muscles
fléchisseurs du tronc.
Les relations puissance-vitesse sont d’ordre polynomial du second degré pour les muscles
fléchisseurs (r = 0,98-0,99, p < 0,05) et extenseurs (r = 0,99, p < 0,05) du tronc pour les deux
groupes de sujet. Quel que soit le groupe musculaire, la Pmax du groupe contrôle est
significativement supérieure à celle du groupe des lombalgiques (fléchisseurs : 4,29
W/kg pour GC vs. 2,7
contre 4,51
0,65 W/kg pour GL ; extenseurs : 6,72
1,57 W/kg pour GC vs.
1,04 W/kg pour GL). La Vopt n’est pas significativement différente entre les
deux groupes quel que soit le groupe musculaire considéré (fléchisseurs : 192
GC vs. 135
0,92
28°/s pour GL ; extenseurs 166
51°/s pour GC vs. 127
88°/s pour
40°/s pour GL). Les
sujets lombalgiques montrent une relation significative entre Pmax et V0 pour les muscles
fléchisseurs du tronc (r = 0,74, p < 0,05). Cette relation n’est pas vérifiée pour le GC. Il n’y a
pas de relation entre Pmax et M0 pour les deux groupes musculaires, quel que soit le groupe de
sujet considéré.
Aucune différence significative n’apparaît entre les deux groupes pour les ratios F/E, quel que
soit le paramètre considéré. Les ratios varient entre 0,59 et 0,67.
71
Etude 2
Discussion
4. Discussion
Les relations moment-vitesse et puissance-vitesse obtenues sur les patients lombalgiques sont
identiques à celles obtenues pour le GC, et en accord avec la littérature (Ripamonti et coll.
2008 ; Langrana et Lee 1984 ; Thorstensson et coll. 1976). Le protocole d’évaluation proposé
à l’étude 1 s’applique aux patients lombalgiques, et l’atteinte des muscles du dos n’influence
pas la relation moment-vitesse. On peut alors se demander l’intérêt d’une telle évaluation par
rapport à une évaluation classique déjà appliquée dans les programmes de restauration
fonctionnelle du rachis : la détermination des paramètres musculaires à partir des relations
moment-vitesse et puissance-vitesse apporte des éléments de comparaison entre les deux
populations. Les résultats montrent que Pmax est le seul paramètre significativement différent
entre les deux populations et pour les deux groupes musculaires. Pmax se révèle être un
indicateur intéressant de la lombalgie. Cette hypothèse avait déjà été formulée par Grabiner et
Jeziorowski (1992) qui proposaient d’inclure dans le RFR des séances de renforcement
musculaire orientées sur la puissance. Les résultats de notre étude montrent que l’impact de la
lombalgie sur les deux groupes musculaires ne se fait pas de la même manière. En effet, les
fléchisseurs du tronc présentent une différence significative pour V0 alors que la différence
significative porte sur M0 pour les muscles extenseurs. En d’autres termes, les patients
lombalgiques sont capables de produire autant de force que les sujets sains aux vitesses lentes,
alors qu’aux vitesses rapides, même si la production de force est identique, les sujets
lombalgiques ne sont pas capables de contracter les muscles fléchisseurs aussi rapidement.
Pour les muscles extenseurs, la différence de puissance est principalement due à la différence
de production de force. On peut attribuer cela à une moindre utilisation du tronc lors des
gestes de la vie courante. En effet, on peut supposer que les patients lombalgiques
compensent leur mal de dos par l’utilisation des autres groupes musculaires, et en particulier
la sangle abdominale. Actuellement, le RFR est basé sur un renforcement musculaire en
72
Etude 2
Discussion
incrémentation de semaine en semaine par rapport aux performances réalisées lors des tests
d’inclusion (Poiraudeau et coll. 2004). Or, les résultats de notre étude suggèrent que, pour que
la prise en charge des patients soit efficace, les muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc ne
doivent pas être réentraînés de la même manière. Il faudra bien sûr vérifier cette hypothèse en
comparant les effets du programme actuellement proposé au centre de l’Arche (i.e. centré sur
la force) à celui d’un programme orienté sur le renforcement de la puissance maximale. Par
contre, les résultats de notre étude ne montrent aucune différence significative pour la vitesse
optimale. Les muscles du tronc étant exclusivement constitués de fibres de type I, il n’y a
aucune raison que leur typologie musculaire soit influencée par la lombalgie. En effet,
plusieurs auteurs ont montré que ce paramètre était relié à la composition du muscle (Sargeant
1994). Dans le cas de notre expérimentation les deux groupes de sujets étaient composés
d’individus qui ne se différenciaient que par l’atteinte ou non d’une lombalgie.
La détermination des relations moment-vitesse et puissance-vitesse offre donc une méthode
complémentaire pour évaluer les patients souffrant de lombalgie chronique. En effet, les
muscles du tronc sont souvent évalués à partir des tests isométriques de Ito et Sorensen
(Hultman et coll. 1993). Ces tests sont faciles et rapides à mettre en place, néanmoins la
standardisation de l’angle de contraction et la reproductibilité sont difficiles à obtenir chez les
patients lombalgiques (Demoulin et coll. 2006 ; Keller et coll. 2001). Les appareils
isocinétiques, quant à eux, permettent de standardiser la mesure puisque l’angle de travail
peut être imposé, et les coefficients de reproductibilité obtenus lors de l’évaluation du tronc
varient entre 0,95 et 0,98 (Dervišević et coll. 2007 ; Karataş et coll. 2002 ; Palmer McLean et
Conner 1994). Toutefois, la comparaison des moments pics entre les sujets sains et
lombalgiques pour les différentes vitesses angulaires n’apporte pas d’arguments pertinents à
la différence entre ces deux populations. En effet, les moments et puissances pics obtenus
dans notre étude, montrent des différences entre les deux groupes de l’ordre de 20% en faveur
73
Etude 2
Discussion
du GC, en accord avec la littérature (Shirado et coll. 1995 ; Mayer et coll. 1985), mais cette
différence n’est pas significative et peut s’expliquer par la relative variabilité des deux
populations (coefficient de variation pour les sujets sains et lombalgiques de 32% pour les
fléchisseurs et de 21% pour les extenseurs, quelles que soit la vitesse considérée).
De la même manière, il est difficile de s’appuyer sur le ratio F/E dans le cas de notre
protocole puisque la valeur de ce dernier ne montre aucune différence significative entre les
deux populations. Les valeurs du ratio varient entre 0,59 et 0,67, en accord avec Dervišević et
coll. (2007) qui rapportent des ratios F/E de l’ordre de 0,54 à 0,64 pour le même type de
population. L’utilisation de ce paramètre reste très discutée dans la littérature qui ne semble
pas s’accorder sur une valeur commune de ce ratio (Drapala et Trzaskoma 2006 ; Hultman et
coll. 1993 ; Newton et coll. 1993). Les différences entre les ratios déterminés dans notre étude
et ceux calculés dans des études antérieures (0.75 et > 1 respectivement pour les sujets sains
et lombalgiques) (Newton et al. 1993 ; Mayer et al. 1985) peuvent s’expliquer par le fait que
ces ratios F/E sont dépendants de l’expérimentateur, du protocole ainsi que de l’appareil
isocinétique utilisé (Dervišević et coll. 2007 ; Hupli et coll. 1997).
5. En résumé
Les résultats de cette étude montrent que les relations moment-vitesse et puissance-vitesse ne
sont pas influencées par la pathologie et que la diminution de la puissance maximale peut être
un indicateur de la lombalgie chronique. Cet indicateur montre qu’il serait pertinent pour
optimiser le RFR de différencier les renforcements des muscles fléchisseurs et extenseurs du
tronc. Les muscles fléchisseurs devraient être renforcés avec un programme à base de charges
légères mais avec beaucoup de répétitions alors que les muscles extenseurs devraient être
renforcés, comme c’est le cas actuellement, sur des protocoles de développement de la force.
74
Etude 3
ETUDE 3
Quelles informations les relations momentet puissance-vitesse apportent-elles sur le
programme de RFR proposé au centre de l’
Arche ?
75
Etude 3
Introduction
1. Introduction
L’évaluation musculaire des patients lombalgiques, inclus dans le programme de RFR du
centre de l’Arche, est réalisée à partir de deux types de mesure : des évaluations isométriques
à partir des tests de Ito et Sorensen ; et des évaluations dynamiques avec le soulever de
charges et le 1-RM. Bien que ces mesures soient faciles à réaliser, leur objectivité ou leur
pertinence peuvent être remises en cause. De nombreuses études ont, par exemple, montré que
la force estimée dans des conditions isométriques n’était pas reliée à la performance motrice
(Jaric et coll. 1989 ; Viitasalo et coll. 1981). Or, les gestes de la vie courante sont
généralement réalisés de manière dynamique. Le test de soulever de charge est une évaluation
dynamique qui permet d’estimer la capacité physique d’un individu et son endurance à
l’exercice (Vanvelcenaher 2003). Néanmoins, la part du travail musculaire de la sangle
lombaire dans ce mouvement multi-segmentaire n’est pas facilement identifiable, sauf par
l’utilisation de moyens vidéo et d’une plateforme de force. Cependant, ceci allongerait
considérablement le temps d’évaluation des patients.
L’ergomètre isocinétique permet une quantification individuelle précise, fiable et objective
pour l’évaluation physique des patients (Urzica et coll. 2007 ; Calmels 1998 ; Kannus 1994).
C’est donc un outil intéressant pour l’évaluation de la force maximale volontaire des muscles
du tronc (Bygett et coll. 2001). De plus, nous avons montré que la détermination des relations
moment-vitesse et puissance-vitesse des muscles du tronc dans des conditions isocinétiques
pouvait apporter un moyen d’évaluation complémentaire aux autres techniques d’évaluation
(Ripamonti et coll. 2008).
Le but de cette troisième étude était de montrer que les paramètres musculaires identifiés à
partir des relations moment-vitesse et puissance-vitesse pouvaient apporter des informations
intéressantes par rapport à l’évaluation classique des patients lombalgiques réalisée au centre
de l’Arche.
76
Etude 3
Matériels et méthodes
2. Matériels et méthodes
2.1. Sujets
Cette étude ne porte que sur les sujets lombalgiques présentés à l’étude 2 (page 68). Les sujets
lombalgiques ont été inclus dans un programme RFR de 3 semaines. L’évaluation des patients
était réalisée lors de leur inclusion et à leur sortie du programme RFR du centre de l’Arche.
2.2. Protocole
2.2.1. Evaluation isocinétique
Le protocole d’évaluation isocinétique des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc est
identique à celui de l’étude 1.
2.2.2. Evaluations isométriques
2.2.2.1. Endurance des muscles fléchisseurs du tronc
La capacité de résistance à la fatigue des muscles fléchisseurs du tronc a été évaluée avec le
test isométrique Ito. Le test de Ito (Figure 31) se réalise en décubitus dorsal avec les bras
croisés sur la poitrine, les membres inférieurs étant relevés avec un angle de 90° d’une part
entre le tronc et les cuisses, et d’autre part entre les cuisses et les jambes. Il s’agit de maintenir
le plus longtemps possible le menton collé au sternum, tout en enroulant les épaules et en
décollant les omoplates du sol. Le temps de maintien de la position statique est mesuré en
secondes (maximum 240 secondes) et l’arrêt de l’épreuve est donné par le non respect de la
position de départ et/ou une douleur.
77
Etude 3
Matériels et méthodes
Figure 31 : Test de Ito (d’après Evans et coll.
2007).
2.2.2.2. Endurance des muscles extenseurs du tronc
L’évaluation isométrique des muscles extenseurs du tronc est réalisée avec le test BieringSørensen (Figure 32). Le sujet est en décubitus ventral sur une chaise romaine, le bassin (les
épines iliaques antéro-supérieures) en appui sur le bord du coussin. Les membres inférieurs
sont maintenues à la chaise par un contre appui au niveau du tendon d’Achille et une sangle
au niveau des cuisses du sujet. Le sujet doit maintenir le plus longtemps possible la posture
suivante : bras croisés sur la poitrine avec le tronc dans le vide et à l’horizontale. Le temps de
maintien de la position est mesuré en secondes (valeurs normales de 180 secondes pour les
hommes et 240 secondes pour les femmes). L’arrêt de l’épreuve est donné par le non respect
de la position de départ et/ou une douleur.
Figure 32 : Test original de Sorensen (d’après
Demoulin et coll. 2006).
78
Etude 3
Matériels et méthodes
2.2.3. Evaluation iso-inertielle
2.2.3.1. Le soulever de charges
Inspiré du PILE (Mayer et coll. 1988a), ce test dynamique évaluant la capacité physique,
l’endurance à l’effort ainsi que la performance fonctionnelle, implique de soulever des
charges disposées à l’intérieur d’une caisse, du sol jusqu’à un plateau situé à 0,75 m de
hauteur (Figure 33). Cette action fait intervenir les membres inférieurs ainsi que le secteur
lombaire. La caisse est ensuite posée sur le plateau avant d’être remise au sol. Le protocole
consiste en un cycle de quatre levers comprenant chacun huit mouvements à effectuer en 20
secondes maximum. Un cycle correspondant à un aller entre le sol et le plateau et un retour du
plateau au sol. La première charge soulevée est de 5 kg, avec une incrémentation des charges
par palier de 5 kg après chaque cycle réussi.
L’arrêt de l’épreuve est donné si l’exécution d’un cycle a dépassé 20 secondes ou lorsque la
fatigue et/ou une douleur survient. La charge totale est ensuite évaluée en pourcentage de la
masse corporelle. Les références (Vanvelcenaher 2003 ; Mayer et coll. 1988b) situent cette
charge totale entre 45 % et 55 % de la masse corporelle du sujet.
Figure 33 : Test de soulever de charges.
79
Etude 3
Matériels et méthodes
2.2.3.2. Evaluation de la répétition maximale (1-RM) sur appareil de musculation
La 1-RM que les patients pouvaient développer à partir des différents groupes musculaires ont
été évaluées à partir d’une presse abdominale pour les muscles fléchisseurs (Figure 34) et
d’une presse dorso-lombaire pour les muscles extenseurs du rachis (Figure 35). Cette 1-RM a
été déterminée à partir d’une charge sous-maximale (90% du 1-RM) à partir de la table de
Berger (Berger 1961).
Figure 34 : Presse abdominale.
Figure 35 : Presse dorso-lombaire.
80
Etude 3
Matériels et méthodes
2.2.4. Evaluation de la douleur : Echelle Visuelle Analogique (EVA)
Le patient évalue la douleur ressentie à partir d’une échelle visuelle étalonnée de 0 à 100
millimètres. La forme utilisée au centre de l’Arche est une règle droite de 10 centimètres dont
les extrémités correspondent à des sensations extrêmes (0 pour une absence de douleur et 100
pour une douleur maximale). La réponse est donnée en traçant un trait sur la règle ; la cotation
s’effectue en mesurant au millimètre près, la distance entre l’origine et le trait apposé par le
patient.
2.2.5. Evaluation de la qualité de vie : auto-questionnaire de Dallas
Ce questionnaire à questions fermées est une échelle spécifique, validée en français (Marty et
coll. 1998), évaluant l’influence de la douleur lombaire à partir de 16 items organisés dans
quatre domaines : les activités quotidiennes (7 questions), le travail et les loisirs (3 questions),
l’anxiété et la dépression (3 questions) ainsi que le comportement social (3 questions). Le
questionnaire de Dallas prend en compte non seulement le retentissement de la douleur
lombaire tel qu’il est perçu par l’individu lui-même sur le plan physique, psychologique et
social, mais également les attitudes qu’il adopte face à sa douleur. Les résultats s’expriment
en pourcentage variant de 0% (absence du retentissement) à 100% (gêne maximale).
2.3. Analyse statistique
Les données sont présentées sous forme de moyenne et d’écart type (X
ET). Toutes les
relations moment-vitesse et puissance-vitesse obtenues sont décrites respectivement par des
régressions linéaires ou polynomiales, avec un coefficient de corrélation (r) et un seuil de
significativité fixé à p < 0,05. Lorsqu’elles existent, les relations entre les différentes
évaluations ont été décrites par des régressions linéaires. La comparaison des évaluations
81
Etude 3
Matériels et méthodes
physiques des patients lombalgiques entre leur inclusion et leur sortie du programme a été
réalisée avec un test non paramétrique de Wilcoxon.
82
Etude 3
Résultats
3. Résultats
3.1. Evaluation physique des patients
Les résultats des patients lombalgiques aux tests de Ito, Sorensen et soulever de charges
obtenus à l’inclusion et à la sortie du programme RFR sont présentés dans le tableau 3. Toutes
les évaluations présentent une amélioration significative des paramètres fonctionnels des
patients lombalgiques sur un programme RFR de trois semaines (p < 0,01). Les différentes
évaluations montrent une augmentation de 110
88
40 % pour Ito, 112
24 % pour Sorensen,
20 % pour le soulever de charge.
Tableau 3 : Résultats des patients lombalgiques obtenus aux différentes évaluations réalisées
à l’inclusion et à la sortie du programme RFR.
Inclusion
Sortie
Ito (en s)
167 (138)
351 (82) *
Sorensen (en s)
131 (79)
279 (60) *
15,91 (9,17)
19,39 (11,91)
30 (10,97) *
38, 1 (11,92) *
Soulever de charges (en kg)
Soulever de charges (en
%masse corporelle)
* p < 0,01 différence significative entre l’inclusion et la sortie
Il y a une amélioration significative (p < 0,01) du 1-RM des groupes musculaires abdominaux
et lombaires sur les appareils de musculations entre l’inclusion et la sortie du programme
RFR. Les valeurs moyennes passent de 0,33
fléchisseurs et de 0,44
0,1 kg/kg à 0,64
0,06 kg/kg à 0,48
0,07 kg/kg pour les
0,08 kg/kg pour les extenseurs.
L’évaluation isocinétique des patients lombalgiques entre l’inclusion et la sortie montre
également une augmentation significative de V0 (35
150 %, p < 0,01) et Pmax (23
0,01) pour les muscles fléchisseurs du tronc (p < 0,01), et de M0 (11
(15
2 %, p < 0,01) pour les muscles extenseurs (Tableau 4).
83
8 %, p <
21 %, p < 0,01) et Pmax
Etude 3
Résultats
Tableau 4 : Moment maximal isométrique théorique (M0), vitesse maximale de contraction à
vide (V0) et puissance maximale (Pmax) des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc pour
les sujets lombalgiques chroniques (GL).
GL
Fléchisseurs
du tronc
Extenseurs
du tronc
Inclusion
Sortie
M0
2,00 (0,41)
2,01 (0,41)
V0
304,74 (43,36)
412,30 (108,107) *
Pmax
2,89 (0,84)
3,56 (0,91) *
M0
3,32 (0,76)
3,69 (0,92) *
V0
316,42 (126,7)
300,54 (108,94)
Pmax
4,45 (1,17)
5,13 (1,19) *
* p < 0,01 différence significative entre l’inclusion et la sortie des sujets lombalgiques
3.2. Qualité de vie et douleur
Les résultats des patients lombalgiques à l’échelle de douleur montrent une tendance à
l’amélioration (p = 0,06) entre l’inclusion et la sortie. L’auto-questionnaire de Dallas présente
une amélioration significative (p < 0,01) pour les activités quotidiennes, le travail et les loisirs
ainsi que l’anxiété et la dépression. Aucune différence n’est observée pour le dernier item (le
comportement social).
3.3. Relation entre les évaluations
Aucune corrélation deux à deux n’a été observée entre les évaluations classiquement réalisées
dans le RFR du centre de l’Arche (Ito, Sorensen, le soulever de caisse et 1-RM). Les résultats
obtenus lors de ces évaluations ne sont également ni reliés à la douleur, ni aux différents items
du questionnaire de Dallas.
84
Etude 3
Résultats
La puissance maximale des muscles extenseurs du rachis, déterminées au cours de
l’évaluation isocinétique, est significativement reliée au test de soulever de charges (r = 0,70,
p < 0,01) (Figure 36), à la sortie des patients lombalgiques.
Figure 36 : Relation entre la puissance
maximale des extenseurs (Pmax Extenseurs)
et le soulever de charge en % de masse
corporelle.
Lors de la sortie des patients lombalgiques, la puissance maximale des muscles fléchisseurs
est significativement reliée à la répétition maximale estimée pour les muscles abdominaux (r
= 0,85, p < 0,001) (Figure 37). Pour les muscles extenseurs, on ne note qu’une tendance entre
la puissance maximale de ce groupe musculaire et la 1-RM (r = 0,62, p = 0,07).
Figure 37 : Relation entre la puissance
maximale
des
fléchisseurs
(Pmax
Fléchisseurs) et le 1-RM calculé pour les
abdominaux lors de la sortie du
programme RFR.
Sur les différents domaines de l’auto-questionnaire de Dallas, seul l’item des activités
quotidiennes est relié lors de la sortie avec le moment maximal des muscles extenseurs du
tronc estimé dans des conditions isocinétiques (r = 0,63, p < 0,05).
85
Etude 3
Discussion
4. Discussion
4.1. Les tests classiques
L’étude de Mayer et coll. (1985) a introduit dans les programmes de restauration
fonctionnelle, la notion de syndrome de déconditionnement des lombalgiques chroniques.
Cette notion inclut un déficit des muscles du tronc et notamment des muscles extenseurs ainsi
que la diminution de la résistance à la fatigue (Genty et Schmidt 2001 ; Vanvelcenaher et coll.
1992). Bien que différents d’un protocole à un autre et donc difficilement comparables, les
exercices proposés dans les programmes de restauration fonctionnelle sont efficaces dans la
prise en charge des sujets lombalgiques chroniques (Verfaille et coll. 2004 ; Kuukkanen et
Mälkiä 1996). Le programme de restauration fonctionnelle du rachis proposé au centre de
l’Arche ne déroge pas à la règle. Tous les résultats aux évaluations physiques dites classiques
montrent une amélioration significative entre l’inclusion des patients et leur sortie du
programme (Tableau 3).
Le programme RFR est court (3 semaines), aussi, il convient d’être prudent quant à
l’interprétation de ces résultats. Cette amélioration des capacités musculaires des patients ne
peut pas être liée à une modification de leur structure musculaire. On peut principalement
l’attribuer à deux raisons : la familiarisation aux différentes évaluations et/ou l’amélioration
de l’activation motrice. En effet, l’inactivité physique et la crainte de la douleur inhérente à la
lombalgie chronique sont responsables de l’affaiblissement de la musculature rachidienne.
L’apprentissage et la familiarisation avec les différents mouvements réalisés lors des
évaluations participent à l’amélioration des paramètres obtenus entre les deux sessions de
mesures (Urzica et coll. 2007 ; Cronin et Henderson 2004 ; Newton et coll. 1993). Par
exemple, Urzica et coll. (2007) observent une amélioration des valeurs moyennes des
moments musculaires des muscles du tronc pour des mesures réalisées à deux jours
86
Etude 3
Discussion
d’intervalle. De plus, à l’inclusion dans le programme RFR, les procédures d’exécution et
règles à suivre pour effectuer les différentes évaluations sont généralement inconnues des
patients lombalgiques. La position au cours des tests isométriques et de soulever de charge est
peut être plus conforme à la réalisation correcte de l’exercice, ou à une reprogrammation
neuromusculaire et à la libération des freins nociceptifs provenant des différents exercices du
réentraînement (Calmels et coll. 2003). Enfin, on peut également supposer que l’activation
motrice des patients a été améliorée au cours des tests dynamiques. Sale (1992) montre que
l’amélioration de la force musculaire en début de réentraînement est principalement due à une
meilleure activation motrice. Ainsi pour être plus pertinent et proposer une évaluation
objective du patient, il serait recommandé d’avoir une session de familiarisation du patient
avec tous les tests physiques dans les jours précédant l’inclusion dans le programme du centre
de l’Arche.
De la même manière que pour les qualités physiques des individus, le questionnaire de Dallas
témoigne d’une amélioration générale de la qualité de vie des patients du centre puisqu’on
note une amélioration de tous les items, hormis du comportement social. D’autres études
arrivent aux mêmes conclusions (Olivier et coll. 2008 ; Verfaille et coll. 2004). Contrairement
à d’autres travaux (Olivier et coll. 2008 ; Véron et coll. 2008), les résultats de notre étude ne
montrent pas d’amélioration significative pour l’EVA mais seulement une tendance entre
l’inclusion et la sortie du programme RFR des patients lombalgiques (p = 0,06). On peut
imputer ce résultat au nombre réduit de patients lombalgiques (n = 11) ayant participé à notre
étude. Olivier et coll. (2008) ont, par exemple, observé une diminution de la douleur dans une
population de soixante patients. Néanmoins, la mise en relation deux à deux de ces différentes
évaluations ne montre aucune corrélation entre la qualité de vie des patients et les évaluations
physiques, ni même entre les évaluations physiques elles-mêmes. Il est alors possible de se
demander objectivement si toutes ces mesures sont nécessaires puisqu’au final les évaluations
87
Etude 3
Discussion
juxtaposent une batterie de mesures indépendantes les unes des autres. Celles-ci nous
confirment seulement que les patients améliorent leurs scores entre le début et la fin du
programme RFR. Il est probable que les trois semaines de réadaptation fonctionnelle du
centre de l’Arche soient plus efficaces sur le déconditionnement des patients (amélioration
des paramètres physiques et de la qualité de vie) que sur la douleur elle-même (pas de
différence entre l’inclusion et la sortie). Le programme semble avoir un impact sur les patients
qui reprennent l’habitude de réaliser des activités quotidiennes sans être freinés par la douleur.
4.2. Apport de la mesure isocinétique
Les résultats de notre étude montrent un intérêt certain de l’évaluation isocinétique des
patients lombalgiques dans le programme de RFR. Dans un premier temps, on note que
seulement deux paramètres ne présentent pas de différence significative entre le temps de
l’inclusion et la sortie du patient, M0 pour les muscles fléchisseurs du tronc et V0 pour les
muscles extenseurs (Tableau 4). Ces résultats appuient l’hypothèse que les sujets
lombalgiques chroniques continuent de solliciter la sangle abdominale dans les activités
quotidiennes induisant une moindre perte de leur force maximale. Par contre, le programme
proposé au centre de l’Arche pour le renforcement des muscles abdominaux semble avoir un
impact sur la vitesse de contraction des sujets pour ce groupe musculaire. En effet, si l’on
compare les patients lombalgiques ayant participé à cette étude au groupe contrôle de l’étude
2, la différence significative notée au niveau des fléchisseurs du tronc pour V0 et Pmax n’existe
plus à la sortie des patients. Le réentraînement à l’effort du centre de l’Arche est fondé sur
l’utilisation de charges intermédiaires (entre 60% et 75% du 1-RM estimé à partir du 3-RM).
L’utilisation de telles charges permet donc d’améliorer ou de maintenir une production de
force élevée, mais permet également d’améliorer la vitesse de contraction du muscle (Fleck et
Kraemer 1987 ; Kanehisa et Miyashita 1983).
88
Etude 3
Discussion
Pour les muscles extenseurs du tronc, l’amélioration significative de M0 et de Pmax (Tableau 4)
entre l’entrée et la sortie du programme reste insuffisante en comparaison du groupe contrôle
de l’étude 2. En effet, on observe toujours une différence significative pour ces deux
paramètres entre les deux groupes. Ces résultats conduisent à supposer que l’amélioration de
la force des extenseurs est principalement liée, comme pour les tests classiques, à une
meilleure coordination de tous les muscles composant les extenseurs du tronc.
Les paramètres musculaires estimés à partir des mesures isocinétiques sont les seuls à être
reliés à plusieurs paramètres estimés à partir des évaluations classiques et de la qualité de vie
à la sortie du programme. En premier lieu, on note une relation significative (Figure 37) entre
la Pmax et la 1-RM pour les muscles fléchisseurs d’une part, et une tendance (p = 0,07) entre la
Pmax et la 1-RM pour les muscles extenseurs d’autre part. Si la tendance observée pour les
muscles extenseurs peut là encore être due à une population peu élevée, elle dénote également
que le programme de renforcement de ce groupe musculaire, qui est identique à celui décrit
ci-avant pour les muscles fléchisseurs, n’est pas suffisant pour améliorer le paramètre
« défaillant », à savoir la force des extenseurs, tout du moins chez les patients les moins forts.
Lors de l’étude précédente, nous avions avancé l’hypothèse que le programme du centre de
l’Arche devait différencier les renforcements des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc.
Il faudrait pour les muscles fléchisseurs, un programme à base de charges légères mais avec
beaucoup de répétitions alors que pour les muscles extenseurs, un protocole de
développement de la force à base de charges lourdes (avec moins de répétition) semble plus
approprié. Pour vérifier cette hypothèse il faudrait envisager une étude sur une période de
renforcement alors plus longue que 3 semaines.
Toutefois, la Pmax des extenseurs est significativement reliée au lever de charge (Figure 36).
Ce résultat reste cohérent puisque les extenseurs du tronc participent largement à l’exécution
de ce type d’exercice. Néanmoins, au départ du geste, les membres inférieurs ont une
89
Etude 3
Discussion
importance qui est probablement non négligeable. Même si cette mesure correspond à un test
fonctionnel intéressant puisqu’il se rapproche d’un geste de la vie courante, il ne permet pas
d’axer l’évaluation de l’individu exclusivement sur les extenseurs du tronc contrairement à
l’évaluation isocinétique. Une analyse vidéo du mouvement permettrait de quantifier la part
des extenseurs dans la production de force et/ou de puissance au cours du lever de charge.
Enfin, l’évaluation isocinétique est reliée à l’amélioration de la qualité de vie. En effet, le
moment maximal M0 des muscles extenseurs du tronc est le seul paramètre relié à l’item de
l’auto-questionnaire de Dallas reflétant les activités de la vie quotidienne (r = 0,63, p < 0,05) à
la sortie du programme. L’amélioration du « mieux-être » ressenti par les patients,
s’accompagne d’une augmentation de la force des muscles du dos. On peut penser que pour
un programme plus long (celui de 5 semaines, par exemple), d’autres items pourraient être
reliés à des paramètres musculaires.
Ces premières données, si elles étaient confirmées sur un plus grand nombre de patients,
permettraient d’envisager le remplacement de l’ensemble des tests, dont la pertinence est
discutable et les résultats souvent difficilement quantifiables, par la mesure dans des
conditions isocinétiques, des relations force-vitesse des muscles fléchisseurs et extenseurs du
tronc.
5. En résumé
Les résultats de cette étude montrent que le programme proposé au centre de l’Arche améliore
les performances physiques des personnes lombalgiques chroniques incluses dans le
programme. Ces résultats sont en accord avec ceux largement présentées dans la littérature
scientifique. Cependant, l’évaluation isocinétique, si elle reste complémentaire, apporte un
intérêt certain puisqu’elle permet de mettre en relation les paramètres musculaires des
muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc avec les évaluations physiques classiquement
90
Etude 3
Discussion
effectuées au centre de l’Arche et avec la qualité de vie des patients. Les mesures
isocinétiques montrent également que les extenseurs du tronc, principalement touchés par la
lombalgie chronique, sont toujours en déficit après un programme de trois semaines de
restauration fonctionnelle du rachis. Ce programme reste trop court pour ramener ce groupe
musculaire à un niveau de force comparable aux sujets sains de notre étude.
91
Conclusion générale et perspectives
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
92
Conclusion générale et perspectives
Ce travail de thèse visait à caractériser les capacités musculaires du tronc à partir de
contractions isocinétiques et à étudier l’intérêt d’une telle évaluation dans le cadre d’un
programme de restauration fonctionnelle du rachis (RFR) proposé au centre de l’Arche chez
des patients lombalgiques chroniques.
Les capacités mécaniques d’un groupe musculaire sont décrites par les relations entre la
production de force ou de puissance du groupe musculaire considéré et sa vitesse de
contraction. La détermination de ces relations nécessite de mesurer précisément la force (ou le
moment pour un mouvement de rotation), la puissance et la vitesse lors de mouvements
maximaux effectués dans différentes conditions de charges (dans le cas de mouvements isoinertiels) ou de vitesse (dans le cas de mouvements isocinétiques). Si ces relations sont bien
définies pour les muscles des membres inférieurs et supérieurs, elles n’ont jamais été décrites
pour les muscles du tronc.
La première étude de ce travail de thèse avait pour objectif de proposer un protocole
d’évaluation isocinétique des muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc pour décrire les
relations moment-vitesse et puissance-vitesse de ces deux groupes musculaires. Cette étude
réalisée avec des sujets sains a montré que les relations moment-vitesse et puissance-vitesse
de ces groupes musculaires sont respectivement linéaires et polynomiales du second ordre
comme le rapporte la littérature pour d’autres articulations. Cette étude a également démontré
la nécessité d’évaluer les deux groupes musculaires sur deux sessions différentes afin d’éviter
l’apparition de la fatigue et une éventuelle diminution de motivation des patients.
Les problèmes de fiabilité des mesures étant résolus, ce protocole a ensuite été proposé à des
sujets lombalgiques chroniques. Le but de cette deuxième étude était de voir si ces relations
restaient conformes à celles obtenues pour les sujets sains ou si la pathologie avait une
quelconque influence sur la forme et/ou sur les paramètres mécaniques extrapolés (le moment
maximal isométrique M0, la vitesse de contraction à vide V0, la puissance maximale Pmax et la
93
Conclusion générale et perspectives
vitesse optimale Vopt). Les résultats de cette étude ont montré que les relations restaient
identiques à celles des sujets sains, et que le seul paramètre qui distinguait les deux
populations pour les deux groupes musculaires était la puissance maximale. Par contre, la
comparaison
des
différents
moments
mesurés
à
chaque
vitesse
et
le
rapport
fléchisseurs/extenseurs ne présentaient aucune différence significative entre les deux
populations. Nous avons également observé que les patients lombalgiques présentaient des
valeurs de vitesse de contraction V0 pour les muscles fléchisseurs, et un moment maximal
isométrique pour les extenseurs plus faibles que la population contrôle. Cette étude offre la
perspective de proposer un travail de renforcement musculaire plutôt orienté sur la force pour
les muscles extenseurs du tronc et sur la vitesse pour les muscles fléchisseurs du tronc.
La troisième étude de ce travail a étudié l’intérêt d’intégrer dans le protocole d’évaluation du
centre de l’Arche la détermination de ces relations moment-vitesse et puissance-vitesse. On
note pour les résultats à l’échelle visuelle analogique ainsi qu’au questionnaire de qualité de
vie, une amélioration des scores entre l’entrée et la sortie du programme RFR. Les résultats
aux évaluations isométriques à partir des tests de Ito et Sorensen couramment utilisés dans ces
programmes RFR, à l’évaluation iso-inertielle de soulever de charge et de la 1-RM et aux
mesures isocinétiques ont tous montré une amélioration significative des capacités des
patients entre leur inclusion dans le programme et leur sortie, trois semaines plus tard.
Néanmoins, cette amélioration peut en partie être imputée à une meilleure activation motrice à
travers le réentraînement à l’effort proposé par le centre de l’Arche, mais également à une
reprise d’assurance des patients. L’évaluation isocinétique des patients lombalgiques montre
une amélioration des paramètres musculaires des fléchisseurs du tronc puisque la différence
qui existait avec les sujets sains a disparu à la sortie du programme. Toutefois, la différence
de capacités musculaires des muscles extenseurs restent toujours présentes à la fin du
programme malgré une amélioration de la puissance maximale, entres autres.
94
Conclusion générale et perspectives
Si ce travail montre bien la complémentarité qu’apporte l’évaluation isocinétique des relations
moment-vitesse et puissance-vitesse dans le cadre de l’évaluation des patients lombalgiques,
il ouvre également plusieurs perspectives de travail. Tout d’abord, il serait aussi intéressant de
continuer à augmenter le nombre de sujets lombalgiques pour affiner l’analyse des données
obtenues avec l’ergomètre isocinétique. Ensuite, l’application de ce protocole d’évaluation
isocinétique à des patients lombalgiques inclus dans un programme RFR sur 5 semaines
permettrait de voir si le travail proposé au centre a un effet sur les muscles extenseurs du tronc
sur une telle durée, comme il semble en avoir un sur les muscles fléchisseurs au bout de trois
semaines. La mise en place d’un protocole de renforcement musculaire différencié pour les
muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc permettrait de vérifier l’hypothèse selon laquelle
le programme RFR proposé peut être amélioré et répondre plus personnellement et
efficacement aux besoins du sujet lombalgique. La comparaison entre les femmes et les
hommes atteints de lombalgie pourrait également permettre de voir si la lombalgie a la même
incidence sur la diminution des capacités musculaires, ou si elle varie selon le sexe comme
c’est le cas par exemple pour les personnes âgées.
95
Références bibliographiques
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