contraction statique du biceps brachial

MINISTERE DE LA SANTE,
REGION LORRAINE,
INSTITUT LORRAIN DE FORMATION EN MASSO-KINESITHERAPIE
DE NANCY
EVALUATION ET COMPARAISON DE LA FORCE MAXIMALE MESUREE
DU QUADRICEPS FEMORAL ET DU BICEPS BRACHIAL
DANS UN MODE DE CONTRACTION STATIQUE ET CONCENTRIQUE
Mémoire présenté par Sébastien Henry
Etudiant en 3ème année de masso-kinésithérapie,
En vue de l’obtention du Diplôme d’Etat de
Masseur-Kinésithérapeute en 2016.
SOMMAIRE
RÉSUMÉ
1. INTRODUCTION
1
1.1. Contexte
1
1.2. Problématique
2
1.3. Revue de littérature
2
1.3.1. Physiologie et histologie musculaire
2
1.3.2. Contraction musculaire
4
1.3.3. Contrôle neurologique
6
1.3.3.1. Unité motrice
6
1.3.3.2. Recrutement
7
1.3.4. Genèse de la force musculaire
1.3.4.1. Relation force-longueur
8
9
1.3.4.2. Relation force-vitesse de raccourcissement
10
1.3.4.3. La fatigabilité
11
1.3.4.4. Stockage et réutilisation de l’énergie élastique
12
1.3.5. Contraction concentrique
13
1.3.6. Contraction statique
14
1.3.7. Anatomie du quadriceps fémoral
15
1.3.8. Anatomie du biceps brachial
16
1.4. Hypothèse
16
1.5. Objectifs
17
2. STRATÉGIE DE RECHERCHES DOCUMENTAIRE
17
3. MÉTHODOLOGIE
18
3.1. Pré-étude
18
3.2. Population
19
3.3. Protocole
19
3.4. Force musculaire
21
3.4.1. Force concentrique
3.4.1.1. Quadriceps fémoral
3.4.1.1.1. Méthodes et matériels
21
21
21
3.4.1.2. Biceps brachial
3.4.1.2.1. Méthodes et matériels
3.4.2. Force statique
3.4.2.1. Quadriceps fémoral
3.4.2.1.1. Méthodes et matériels
3.4.2.2. Biceps brachial
3.4.2.2.1. Méthodes et matériels
4. RÉSULTATS
4.1. Force musculaire concentrique
22
22
23
23
23
23
23
24
24
4.1.1. Quadriceps fémoral
24
4.1.2. Biceps brachial
24
4.2. Force musculaire statique
25
4.2.1. Quadriceps fémoral
25
4.2.2. Biceps brachial
26
4.3. Ratio de forces
26
4.3.1. Quadriceps fémoral
26
4.3.2. Biceps brachial
27
5. DISCUSSION
28
6. CONCLUSION
29
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
RÉSUMÉ
L’objectif de cette étude est d’apporter des mesures quantitatives concernant le ratio de forces
entre une contraction statique et une contraction dynamique concentrique pour plusieurs
muscles afin de définir le pourcentage de force supplémentaire qu’est capable de libérer un
muscle en contraction statique et d’observer les différences éventuelles entre ces ratios. Ceci
nous apportera une échelle de valeurs possibles quant aux objectifs réalisables à atteindre dans
le cadre d’une rééducation.
Dans le but de comparer, nous prenons ici le quadriceps fémoral ainsi que le biceps brachial
dominants dont les fonctions et la composition varient afin de généraliser pour le corps entier
et non de cibler spécifiquement une zone. Nous interprétons la possible différence entre ces
ratios et essayons d’en déterminer la cause.
Trente-et-un étudiants sains dont l’âge varie de 21 à 35 ans (15 femmes et 16 hommes) en
dernière année à l’ILFMK de Nancy et ne présentant aucune pathologie des membres inférieurs,
supérieurs ou même du rachis participent à cette étude. Nous mesurons la force sur le membre
inférieur et supérieur dominants grâce à deux appareils : un Myotest® (pour les contractions
concentriques) et un Kinedyne® (pour les contractions isométriques). Nous avons réalisé une
étude préalable sur un système type Cybex® en isocinétisme afin de vérifier ou non si les
résultats obtenus avec les deux premières machines citées étaient comparables.
Nos résultats démontrent une différence de ratio entre le quadriceps et le biceps permettant de
tirer une moyenne approximative pour chaque muscle, manifestement non imputable au sexe
mais plutôt aux habitudes de la vie quotidienne telle la pratique ou non d’une activité sportive.
Mots-clés : force maximale mesurée, relation force statique-dynamique, évaluation force musculaire, quadriceps
fémoral, biceps brachial.
Keywords : maximum measured power, static-dynamic strenght relation, muscular strenght evaluation, quadriceps
femoris, biceps brachialis.
1
1. INTRODUCTION
1.1. Contexte
L’idée de base de cette étude repose sur l’observation de patients lors d’une prise en
charge : une différence significative des capacités musculaires était visible entre le testing
musculaire concentrique et les résultats fonctionnels statiques, à savoir le verrouillage actif du
genou en charge.
Le renforcement musculaire constitue une part importante de la prise en charge d’un
patient, il est essentiel au rétablissement du mouvement mais est à adapter selon les attentes du
patient et selon ses capacités physiologiques. Il est donc nécessaire que le thérapeute possède
une connaissance solide de la physiologie et de la biomécanique musculaire. La mise en œuvre
des programmes de renforcement nous oblige à nous adapter aux structures, aux fonctions
lésées et au patient. Il existe de nombreux outils de mesure de la force musculaire et également
énormément de moyens de palier à ces déficits [1].
Les attentes physiques et donc le renforcement adéquat sont d’autant plus importants
chez les sportifs, quel que soit leur niveau. Il faut ainsi mettre en avant les objectifs, les muscles
ciblés, les principes d’action (endurance et/ou force) et de précautions (articulations ou lésions
musculaires), les types de renforcements et d’exercices (types de contractions musculaires), la
progression et les outils utilisés. Les lésions de surutilisations sont un risque à prendre en
compte. Il faut donc au préalable faire un bilan clinique adapté comprenant les grandes bases
physiologiques musculaires : variabilité individuelle de la réponse à l’entraînement, sarcopénie
liée à l’âge (très importante à prendre en compte lors d’une prise en charge en post-opératoire
ou traumatique immédiate), les problèmes articulaires et les déséquilibres des muscles
agonistes/antagonistes. Les connaissances cliniques de la médecine sportive et de celles de la
traumatologie se sont très nettement améliorées ces dernières années, permettant de s’adapter
de mieux en mieux aux exigences croissantes de résultats dans le domaine sportif [2].
Plusieurs facteurs interviennent lors d’un mouvement provoqué par la contraction d’un
groupe musculaire : la relation force-longueur, la relation force-vitesse de contraction, les
2
caractéristiques de la stimulation nerveuse et la fatigabilité du muscle. Pour un mouvement
complexe, un autre facteur s’ajoute : le stockage et la réutilisation de l’énergie mécanique grâce
aux structures élastiques [3].
Un ratio de forces existait déjà. Celui-ci accordait une force de 10 à 20% supérieure lors
d’une contraction statique. Ce rapport est-il toujours d’actualité ?
1.2. Problématique
Pouvons-nous généraliser un ratio de forces entre la fonction statique et la fonction
dynamique dans l’ensemble du corps ou devons-nous tenir compte d’une spécificité selon un
muscle ciblé ? Si oui, quels facteurs pourraient influencer ce ratio de forces ?
1.3. Revue de littérature
1.3.1. Physiologie et histologie musculaire
Il existe trois types de tissus musculaires :
- le tissu strié musculaire squelettique : permet les mouvements volontaires contrôlés par le
système nerveux cérébro-spinal,
- le tissu myocardique strié : contractions involontaires,
- le tissu musculaire lisse : contractions involontaires, dépendant du système nerveux
végétatif.
Les cellules musculaires striées (= rhabdomyocytes), qui nous intéressent dans cette
étude, sont associées aux formations conjonctives vasculaires et nerveuses pour former les
muscles squelettiques. Ce sont des cellules très longues, multinucléées, composées en
périphérie de noyaux et d’un ensemble de myofibrilles constituées d’une succession de
sarcomères qui sont l’unité fonctionnelle du muscle. Ces myofibrilles sont alignées dans le
grand axe pour avoir une forme allongée et cylindrique. Cet ensemble forme les fibres
musculaires.
3
Une première membrane entoure ces cellules, l’endomysium, et présente de nombreuses
invaginations en direction des myofibrilles pour former les tubules transverses ou système T.
Ces fibres sont regroupées en faisceau dans une seconde membrane, le périmysium. Ces
faisceaux sont regroupés dans une dernière membrane, l’épimysium, pour former le muscle.
L’extrémité du muscle qui s’insère au niveau du périoste forme une union avec le tissu
conjonctif, c’est le tendon. Ce tissu conjonctif permet de transmettre les forces de contractions
produites par les muscles aux structures osseuses (fig. 1).
Figure 1 : schéma d’un muscle squelettique strié
Les myofibrilles se divisent en compartiments de 2,5 microns appelés sarcomères, dont
la superposition donne l’aspect strié aux muscles squelettiques. Ces sarcomères résultent de
l’enchevêtrement de myofilaments épais, contenant principalement de la myosine et des
myofilaments fins, faits d’actine, de troponine et de tropomyosine. Les myofilaments fins sont
maintenus par la strie Z. En général un filament épais est entouré de six filaments fins. Les
filaments de myosine sont constitués d’un enroulement sur elle-même de la molécule créant
une partie céphalique mobile et une partie caudale. Les têtes de myosine permettent ainsi la
fixation et le glissement sur les molécules d’actine engendrant le rapprochement des fibres
pendant une contraction (fig. 2) [4].
4
Figure 2 : schéma d’une myofibrille
1.3.2. Contraction musculaire
Le mécanisme de contraction est maintenant bien connu. Les progrès actuels se
focalisent davantage sur le rôle de la typologie musculaire et les mécanismes moléculaires. Au
sein d’un muscle, le mouvement d’une ou plusieurs articulations est permis par la mise en
tension de la fibre musculaire créée par la conversion d’énergie chimique en énergie mécanique.
Cette dernière résulte de la dépolarisation de la membrane excitable de la fibre qui permet de
créer des ponts d’union entre les molécules d’actine et de myosine. C’est au niveau de ces
ponts d’acto-myosine que naît la tension de la fibre. Au moment de la contraction se produit un
glissement des molécules d’actine sur les molécules de myosine et donc un raccourcissement
des fibres musculaires (fig. 3) [2].
5
Figure 3 : comportement des bandes et filaments au cours de l’activité musculaire
L’énergie chimique en question est fournie par l’hydrolyse de l’ATP présent en faible
concentration dans le sarcoplasme et a donc besoin d’être renouvelé en permanence.
Trois voies sont possibles :
- hydroxylation de la créatine phosphate : permet un regain rapide d’ATP pour un exercice
important mais limité de par ses faibles réserves,
- glycosylation anaérobie : transforme le glycogène en acide lactique dont l’accumulation
rend l’exercice de plus en plus difficile,
- phosphorylation oxydative des métabolites sanguins dans les mitochondries : utilise
l’oxygène apporté par le sang et celui de la myoglobine, protéine musculaire capable de fixer
l’oxygène [4].
La réponse mécanique varie selon le type de fibre musculaire :
- type I : fibres lentes, temps de contraction long, tension faible, peu fatigables, toniques,
- type II : fibres rapides, temps de contraction bref, tension élevée, phasiques.
Les fibres de Type IIA sont peu fatigables contrairement à celles de type IIB.
L’innervation est responsable des caractéristiques physico-chimiques grâce au type d’activité
qui régule l’expression des gènes codant les protéines responsables des propriétés contractiles.
Il est donc préférable de choisir deux muscles dont les propriétés mécaniques sont assez proches
afin d’avoir une proportion en fibres équivalente [2].
6
En moyenne, les fibres à contraction rapide type II présentent une vitesse maximale de
contraction 2,5 fois plus élevée que les fibres à contraction lente type I, mais déploient
également une force plus élevée d’environ 50%. Chaque muscle est composé d’une proportion
variable de fibres rapides et lentes variant d’un individu à l’autre selon son patrimoine génétique
et selon ses activités. Nous constatons cependant une présence plus importante de fibres à
contraction lente dans les groupes de muscles extenseurs. Il n’est donc pas très étonnant de
constater une différence de force entre des groupes agonistes/antagonistes lors d’un travail
isocinétique pour une vitesse angulaire donnée [3].
Si la force musculaire exercée n’entraîne pas de mouvement, la contraction est dite
isométrique (statique). Lorsqu’elle permet un raccourcissement du muscle, la contraction est
dite concentrique (dynamique). Et si elle ne peut empêcher l’allongement du muscle, la
contraction est dite excentrique [4].
Le muscle possède à la fois des propriétés contractiles, mais aussi élastiques. Cette
composante élastique est fournie par l’endomysium et l’ensemble du tissu conjonctif d’une part,
et grâce aux possibilités de mouvements des têtes de myosine d’autre part [4].
1.3.3. Contrôle neurologique
1.3.3.1. Unité motrice
L’innervation des cellules (ou fibres) musculaires striées s’effectue par l’intermédiaire
d’un motoneurone alpha ; cet ensemble forme l’unité motrice (annexe I fig. 14).
Un seul motoneurone peut innerver plus de deux mille fibres musculaires. Chaque unité
motrice est constituée d’un nombre variable de fibres recrutées à différentes fréquences variant
de 8 à 25 Hz, afin d’engendrer une contraction musculaire la plus adaptée au travail à fournir.
Le nombre d’unités motrices recrutées ainsi que la fréquence de recrutement sont fonction du
niveau d’activation des centres moteurs au niveau de la corne antérieure de la moelle épinière
(fig. 4).
7
Figure 4 : organisation de l’activation d’une unité motrice
Les motoneurones de petites tailles à seuil d’activation faible (et donc stimulés en
priorité) innervent des fibres musculaires lentes, alors que les motoneurones de grandes tailles
s’occupent des fibres musculaires rapides. Selon la loi d’Henneman, les unités motrices lentes
sont recrutées en priorité, mais plus la contraction est forte, plus les unités motrices rapides
seront mises en jeu. Toutes les fibres d’une unité motrice ont les mêmes caractères
morphologiques, histochimiques et biochimiques. La contraction musculaire est la réponse des
fibres stimulées par un motoneurone par l’intermédiaire d’une impulsion électrique. La
sommation spatiale et temporelle des impulsions électriques modulent l’intensité de la
contraction musculaire [4], [3].
1.3.3.2. Recrutement
Le recrutement correspond au nombre de fibres et donc d’unités motrices stimulées à
un moment donné afin d’engendrer un mouvement.
8
Pour une contraction sous-maximale, seule une partie des unités motrices sont recrutées
simultanément afin de permettre une alternance entre les fibres relâchées et contractées : ainsi
lors d’une contraction sous-maximale, le muscle peut tenir pendant une période plus importante
mais d’une façon plus complexe. Un temps de contraction d’au moins 6 secondes est nécessaire
afin de recruter le maximum d’unités motrices [3], [4].
Deux paramètres interviennent pour définir la force d’un muscle :
- le nombre et la taille d’unités motrices stimulées à un instant donné = sommation spatiale,
- le nombre de stimulations pour chaque unité motrice au cours de l’exercice = sommation
temporelle.
Ces fonctions impliquent des mécanismes d’activation et de rétrocontrôle. Ainsi, pour
développer une force modérée, de petites unités motrices disposant d’un faible seuil
d’activation seront recrutées, et d’autres plus grandes seront à leurs tours stimulées si la force
nécessaire à déployer devient plus importante.
Il ne faut cependant pas généraliser ce principe : l’ordre de recrutement des unités
motrices peut varier selon les mouvements à effectuer [4].
1.3.4. Genèse de la force musculaire
En clinique, nous mesurons les manifestations externes de la contraction d’un groupe
de muscles apparaissant en périphérie du corps. C’est ainsi que nous obtenons la force
maximale volontaire mesurée (analytique). Cette force n’est pas la force maximale absolue dont
la différence peut atteindre 30% chez le sujet non entraîné. Beaucoup de facteurs influent sur
la force maximale volontaire mesurée : l’âge, le sexe, la latéralité, le niveau d’entraînement et
la fatigue.
Nous admettons que la force d’un muscle est en lien avec le nombre, la disposition, le
diamètre et la répartition des types de fibres musculaires : elle est mesurée entre 230 et
370 kN/m2 de section physiologique. Le caractère principal d’une contraction dynamique
concentrique est la vélocité, alors que pour une contraction isométrique il s’agit surtout de
puissance [2].
9
La force se définit par la capacité à déformer, déplacer ou modifier la trajectoire d’un
objet. La formule est donnée par la deuxième loi de Newton :
Force = masse x accélération (voire la décélération pour une contraction excentrique). Cette
force est quantifiée en Newton (N). A noter que 1 N vaut environ 0,1 kg.
Par exemple : passer de la position assise à debout nécessite une capacité suffisante à
accélérer son centre de gravité afin de se redresser et briser l’inertie de la position précédente.
Cette impulsion est malheureusement très brève et est dénommée «explosivité» dans le
domaine sportif. Ainsi, les programmes de renforcement devraient intégrer à la fois la notion
de poids, de résistance, mais également de vitesse voire d’accélération.
L’interaction entre la force produite par un muscle (= force interne) et la résistance
déployée contre elle (= force externe) qui s’exerce sur des segments osseux constitue des
leviers. Il serait donc plus approprié de parler de moment de force ou de moment résistant.
Pour une force relâchée très rapidement nous parlons de puissance.
Puissance = force x vitesse. Elle s’exprime en Watts (W). Elle est représentative de la
performance du muscle dans les gestes rapides.
Il existe une dernière notion, le travail.
Travail = force x déplacement. Il s’exprime en Joules (J).
Ce travail est en rapport avec les capacités énergétiques du muscle [1].
1.3.4.1. Relation force-longueur
Un muscle possède une longueur préférentielle où il est capable de développer sa force
maximale. Cette longueur est appelée «longueur d’équilibre». Elle est environ inférieure de
15% à la longueur maximale imposable par les divers jeux articulaires normaux. Tout
allongement ou raccourcissement par rapport à cette longueur entraîne une diminution de la
force maximale (fig. 5). Cette notion est essentielle à prendre en compte lors de la comparaison
de plusieurs muscles : il faut les évaluer par rapport à une tension des fibres musculaires
similaires et donc un débattement articulaire proche.
10
Cette relation est une conséquence directe de l’histologie du muscle : dans cette position
d’équilibre, le nombre d’interactions possibles entre les têtes de myosine et les molécules
d’actine est maximal au niveau de chaque sarcomère. In situ, cette relation interfère avec le jeu
articulaire : un muscle exerce une force qui se transmet jusqu’à son insertion qui agit sur une
articulation selon un certain angle correspondant à l’angle articulaire. Pour un muscle monoarticulaire, le moment de force maximale correspond donc à la longueur d’équilibre. Pour ce
qui est des muscles poly-articulaires, il faut adapter chaque articulation mise en jeu pour obtenir
la longueur d’équilibre (fig. 5) [3], [5].
Figure 5 : courbe tension-longueur
1.3.4.2. Relation force-vitesse de raccourcissement
Comme il est précisé précédemment, lors d’une contraction concentrique, plus le muscle
se raccourcit, plus il devient faible.
Cette fois-ci, la relation force-vitesse est sensiblement linéaire, la puissance dépendant
de la force et de la vitesse de contraction et donc de raccourcissement musculaire. Nous pouvons
tracer une courbe représentative (fig. 6). Nous constatons que cette courbe n’est pas
proportionnelle : une force maximale ne peut être obtenue qu’à vitesse nulle et donc à puissance
nulle ; il en est de même pour la vitesse maximale qui ne peut être obtenue qu’en déployant une
force nulle entraînant également une puissance nulle. Le maximum de puissance est atteint pour
une vitesse de contraction proche de 50% de la vitesse maximale de contraction, appelée vitesse
optimale (fig. 7). Lors d’un mouvement simple comme la flexion/extension dans un contexte
11
isocinétique, il apparait clairement une diminution de la force pour une vitesse constante. Nous
constatons également ce lien lors d’un mouvement complexe tel que le pédalage.
La vitesse optimale de contraction ainsi que la puissance qui en découle varient
directement selon la composition en fibres rapides et lentes [3].
Figure 6 : courbe vitesse de contraction-tension pour différents types musculaires
Figure 7 : courbes force-vitesse et puissance vitesse
1.3.4.3. La fatigabilité
La fatigue peut provenir à la fois d’exercices brefs et intenses ou d’une activité modérée
prolongée, mais chaque type de travail détermine une fatigue qui lui est propre : un épuisement
en une minute et une fatigue due à une journée complète de marche entraînent des
manifestations locales et générales spécifiques.
12
Un mécanisme commun est tout de même présent : lorsque le muscle est incapable de
libérer du CA2+ de son rétinaculum sarcoplasmique lors d’une stimulation et de le recapter
ensuite, cela entraîne une diminution de la force maximale ainsi que de la vitesse de relâchement
musculaire. Les fibres de type II sont plus fatigables que les fibres de type I : la proportion en
fibres influe donc sur la fatigabilité de la structure musculaire. La fatigue se manifeste par une
diminution de la vitesse optimale et de la force maximale de contraction. Cependant, la
fatigabilité peut être amoindrie par des entraînements sous forme d’activités modérées
prolongées [3].
Un second mécanisme, cette fois-ci intrinsèque à la structure, permet l’économie
musculaire : le recrutement prioritaire d’unités motrices peu fatigables évoqué précédemment,
associé à l’alternance de stimulation des fibres, permettant d’adapter au mieux la force à exercer
selon la situation [4].
1.3.4.4. Stockage et réutilisation de l’énergie élastique
Pendant un mouvement, même simple, l’action ne se réduit pas à la simple contraction
du groupe musculaire agoniste. Celui-ci est précédé d’un contre-mouvement engendrant un
étirement des muscles agonistes activés, ce qui constitue une contraction excentrique. L’énergie
nécessaire à cet étirement est fournie, soit par les muscles antagonistes, soit grâce à l’inertie du
corps ou des segments concernés par le contre-mouvement. Ce dernier entraîne donc une mise
en tension des structures conjonctives des tendons et de l’enveloppe musculaire constituant les
structures élastiques des muscles agonistes. Ainsi, la force déployée au cours du mouvement
concentrique est la somme du retour élastique de cette tension préalable et de la force engendrée
par la contraction musculaire elle-même.
Ce cycle «étirement-détente» est notamment mis en jeu lors de mouvements cycliques
telle la course à pied permettant une grande économie d’énergie, mais est également présent
lors d’activités explosives, tels les sauts ou les lancers, et permet de créer une puissance
nettement supérieure à celle que pourrait fournir la seule contraction active musculaire.
13
Ce cycle nécessite cependant plusieurs pré-requis :
-
un ensemble musculo-tendineux avec une élasticité suffisante,
-
la contraction concentrique doit suivre immédiatement la contraction excentrique.
L’étirement préalable suivi d’une activation aussi intense que possible doivent donc être
associés. Cependant, le vieillissement, la fatigue ainsi que les troubles du contrôle nerveux de
la motricité peuvent engendrer des perturbations. Un traumatisme peut altérer la spontanéité de
ce cycle étirement-détente [3].
1.3.5. Contraction concentrique
Deux méthodes sont classiquement utilisées pour quantifier la force produite par ce
genre de contraction. Tout d’abord nous avons la 1 RM (Résistance Maximale) correspondant
à la charge la plus élevée que le sujet peut soulever une fois dans toute l’amplitude du
mouvement travaillé ; l’obtention de la charge applicable se détermine par essais progressifs
(en commençant par une charge initiale relativement faible). Nous avons ensuite la 10 RM
correspondant à la charge la plus grande, mais sous-maximale, que le sujet peut soulever dans
l’amplitude complète du mouvement [6], [7].
Durant ce type d’effort, la force développée n’est pas toujours constante : à l’initiation
du mouvement, la force déployée doit être supérieure à la charge appliquée afin de lui
communiquer une accélération initiale, et inversement pour la fin du mouvement, où la force
peut devenir inférieure à la charge en raison de l’inertie mise en jeu. Nous devons noter
également la possible apparition de fatigue due à la détermination par essais successifs de la
charge pouvant biaiser la validité de l’évaluation de la force isotonique maximale [6].
Un système de pouliethérapie est également une méthode d’évaluation isotonique, mais
nous devons prendre en compte le nombre de poulies, la charge, les propriétés mécaniques des
éléments du circuit et l’angle formé par l’élingue sur la poulie et par rapport au point d’ancrage
sur le sujet pour maximiser l’impact de la charge [6].
14
Avantages :
- favorable à la récupération de l’amyotrophie,
- peu de sollicitation des structures passives musculaires : intérêts majeurs quand ces
structures sont encore fragiles [1].
Inconvénients :
- éviter l’utilisation excessive : peu de mouvements utilisent uniquement ce mode [1], [7].
1.3.6. Contraction statique
Ce type de contraction isométrique ne modifie pas la longueur du muscle, la résistance
extérieure étant équivalente à la tension développée par le groupe musculaire, mais de sens
opposé. Il est donc essentiel de mesurer la force dans différentes positions angulaires
successives au cours d’un effort volontaire pour permettre d’explorer au mieux la relation
tension-longueur dans plusieurs zones. Le caractère reproductible et discriminant de cette
mesure est davantage significatif qu’une simple évaluation manuelle ou qu’une périmétrie.
Cette technique permet de quantifier au mieux les éventuels déséquilibres entre les muscles
agonistes et antagonistes [6].
Troisier détermine cette force isométrique maximale grâce à une mesure sousmaximale : la valeur de la force est établie par la force développée et par la durée de cet effort
statique. Cependant, la motivation et la résistance à la fatigue du volontaire représentent des
sources d’erreurs non-négligeables [6].
Avantages :
- contrôle facile des contraintes exercées sur les diverses structures,
- lutte contre l’amyotrophie,
- adaptée aux muscles toniques [1].
Inconvénients :
- ne pas se limiter à son utilisation exclusive : n’est pas adaptée pour les muscles phasiques
ou mixtes,
15
- obligation de varier les angles de travail : le muscle se renforce principalement dans la zone
spécifique de l’effort [6], [1], [7].
1.3.7. Anatomie du quadriceps fémoral
Le quadriceps est un ensemble musculaire constitué de quatre muscles composant la
loge antérieure de la cuisse ayant un rôle prédominant dans la déambulation grâce à sa fonction
de verrouillage du genou. Il est innervé par une branche terminale du nerf fémoral provenant
des deuxième, troisième et quatrième racines nerveuses lombaires.
Ce muscle présente des origines sur l’épine iliaque antéro-inférieure, le sillon supraacétabulaire de l’os coxal, ainsi que sur le grand trochanter du fémur pour le droit fémoral, sur
les deux tiers supérieurs des faces antérieures et latérales de la diaphyse fémorale pour le vaste
intermédiaire, sur la lèvre latérale de la ligne âpre sur la face postérieure du corps du fémur
pour le vaste latéral, et sur la lèvre médiale de la ligne âpre également sur la face postérieure
du corps du fémur pour le vaste médial.
Ces terminaisons se situent sur la partie antérieure de la base de la patella et sur la
tubérosité tibiale antérieure pour le droit fémoral, sur la partie postérieure de la base de la patella
pour le vaste intermédiaire, sur la partie moyenne et latérale de la base ainsi que sur le bord
latéral de la patella mais aussi sur les crêtes latérale et médiale du tibia pour le vaste latéral, et
sur la partie moyenne et médiale de la base ainsi que sur le bord médial de la patella mais aussi
sur les crêtes médiale et latérale du tibia pour le vaste médial.
Le tendon quadricipital provient de l’union des quatre muscles du quadriceps pour donc
se terminer sur la base et les bords de la patella. Le tendon patellaire quant à lui relie l’apex de
la patella à la tubérosité tibiale antérieure.
Ce muscle permet principalement en dynamique et donc en vélocité la flexion de hanche
et l’extension du genou pour le droit fémoral, l’extension du genou pour le vaste intermédiaire,
l’extension et la rotation latérale du genou pour le vaste latéral et l’extension et la rotation
médiale du genou pour le vaste médial (annexe II fig. 15) [8].
16
1.3.8. Anatomie du biceps brachial
Le biceps brachial est le muscle du porter à la bouche et participe donc aux possibilités
de préhension du membre supérieur en chaîne ouverte (ou semi-ouverte selon la charge de
l’objet). Il constitue avec le long supinateur et le brachial antérieur le groupe des fléchisseurs
de l'avant-bras. C'est le seul qui soit polyarticulaire car il est composé de deux chefs
musculaires. Il est innervé par le nerf musculo-cutané provenant du faisceau latéral du plexus
brachial provenant des cinquième et sixième racines nerveuses cervicales.
C’est un muscle qui prend ses insertions par un tendon commun avec le muscle coracobrachial sur la partie latérale de l’apex du processus coracoïde sur l’angle supéro-latéral de la
scapula pour la courte portion du biceps, et sur le labrum par un tendon intracapsulaire situé au
niveau du tubercule supra-glénoïdien de l’angle supéro-latéral de la scapula pour la longue
portion du biceps.
La terminaison est commune au niveau de la partie postérieure de la tubérosité radiale
à l’extrémité supérieure du radius, mais elle présente tout de même une expansion vers le fascia
antébrachial médial.
Ce muscle permet, comme dit précédemment, lors d’un travail dynamique également en
vélocité, une flexion et une supination du coude pour ses deux chefs, mais également une
flexion de l’épaule pour sa longue portion, auxquelles s’ajoute une fonction de stabilisation de
la tête humérale et de suspension du bras en statique (annexe II fig. 16) [9].
1.4. Hypothèse
Pour plusieurs situations similaires de la vie courante ou dans des circonstances postchirurgicales (ou post-traumatiques), nous constatons qu’il est nettement plus facile d’effectuer
un effort grâce à une contraction statique, donc en chaîne cinétique fermée, que grâce à une
contraction concentrique. Nous supposons donc que le muscle est capable de déployer
nettement plus de force dans ce mode de contraction, mais dans quelle proportion ?
17
1.5. Objectifs
En évaluant la force maximale mesurée du muscle biceps brachial et du muscle
quadriceps dans différents modes de contractions musculaires, à savoir statique et concentrique,
nous en déduirons un ratio de forces entre ces deux modes de contraction musculaire, et nous
observerons si ce ratio est valable à la fois pour le membre supérieur et pour le membre
inférieur.
2. STRATÉGIE DE RECHERCHES DOCUMENTAIRE
Les moteurs de recherche consultés sont :
- Science Direct
- PETALE
- Doc’CisMef
- Pub Med
- KineDoc
Les mots clés utilisés en français et en anglais sont :
- FMM – Force maximale mesurée / Maximum measured power
- Travail isométrique quadriceps fémoral / Isometric work Quadriceps Femoris
- Biceps brachial / Biceps brachialis
- Mesure force musculaire / Muscular strenght measure
- Mesure force dynamique / Dynamic strenght measure
- Force statique / Static strenght
- Relation force statique-dynamique / Static-dynamic strenght relation
- Isocinétisme / Isokinetic
- Renforcement musculaire / Muscular strenghtening
- Evaluation force musculaire / Muscular strenght evaluation
- Dynamométrie force musculaire / Musclar strenght dynamometry
- Contraction musculaire / Muscular contraction
- Contraction dynamique / Dynamic contraction
18
- Travail statique / Static work
- Physiologie musculaire / Muscular physiology
Les articles cités remontent pour la plupart à 15 ans maximum, mais quelques articles peuvent
dater de plus de 20-30 ans, les articles récents se faisant rares.
3. MÉTHODOLOGIE
3.1. Pré-étude
Une étude préalable a été menée. Le but était de pouvoir utiliser de manière comparative les
valeurs obtenues grâce à nos deux appareils : le Myotest® et le Kinedyne®. Afin d’observer
les différences de mesure entre ces deux appareils, nous avons réalisé une mesure isocinétique
grâce à un stystème Cybex®. En effet, cette méthode permet une quantification objective des
moments de force développés au niveau d’une articulation et permet ainsi d’avoir des résultats
de référence. Le fonctionnement de l’appareil fait que nous n’obtenons que la moyenne des
différents résultats. Dès lors, nous avons donc réalisé 5 contractions concentriques puis 5
contractions statiques du quadriceps fémoral sur trois sujets dans des conditions spécifiques
d’installation correspondant à celles de nos mesures, ainsi qu’une cinétique la plus proche
possible de celle créée en isocinétique : comprend la vitesse angulaire et le balayage articulaire
[10], [11].
Suite à l’observation des résultats, nous constatons des valeurs obtenues environ 10,8%
supérieure avec le Myotest® par rapport au Cybex®, et d’environ 9,3% supérieure avec le
Kynedyne® par rapport au Cybex®. Nous notons également que le ratio des forces obtenues
sur le Cybex® est en moyenne de 58,8%. L’étude principale consistant à effectuer le ratio des
forces isométriques du Kinedyne® sur les forces concentriques du Myotest® est donc possible
(annexe III).
19
3.2. Population
Nous avons choisi de cibler une population saine, ainsi trente-et-un étudiants (15
femmes et 16 hommes) en dernière année à l’ILFMK de Nancy dont l’âge varie de 21 à 35 ans
et ne présentant aucune pathologie des membres inférieurs, supérieurs ou même du rachis, ayant
signé la fiche de consentement et d’informations participent à cette étude (annexe IV fig. 17 et
fig. 18).
Les critères d’exclusion sont :
- aucune douleur articulaire de l’épaule, du coude, du poignet ou du genou,
- aucun antécédent traumatique inférieur à 1 an (fracture, déchirure musculaire,
ligamentoplastie).
3.3. Protocole
Nous commençons par les mesures du quadriceps fémoral :
- échauffement préalable par 20 accroupissements «squats» à vitesse modérée (un mouvement
toutes les 2-3 secondes afin d’échauffer suffisamment sans fatiguer) : volontaire debout,
pieds écartés de la largeur du bassin, bras tendus à l’horizontale, ne pas dépasser 90-100° de
flexion de genou (une flexion excessive pourrait engendrer des douleurs du genou faussant
les résultats des mesures suivantes),
- installation du patient,
- 5 contractions concentriques les plus rapides possibles (près d’une seconde pour obtenir une
vitesse de contraction de 120°/seconde) maintenues 2 secondes en fin de mouvement (permet
à l’appareil d’intégrer que le déplacement est fini) et espacées les unes des autres par un
temps de repos de 15 secondes (le temps de repos doit être au moins égal au double du temps
de maintien de la contraction) avec une charge de 7 kg pour les femmes et de 10 kg pour les
hommes (la charge doit être suffisante pour engendrer un effort mais doit être assez faible
pour permettre plusieurs contractions ; les hommes sont en général 30 à 60% plus fort),
- temps de repos de 2 minutes entre les contractions concentriques et statiques,
- 5 contractions statiques maintenues 6 secondes et espacées par un repos de 15 secondes [7],
[12], [13], [14].
20
Nous continuons ensuite par les mesures du biceps brachial :
- échauffement préalable par 20 flexions du coude en supination avec un poids de 1 kg pour
les femmes et de 3 kg pour les hommes, volontaire assis sur un tabouret, sans compensation
de l’épaule ou du tronc,
- installation du patient,
- 5 contractions concentriques les plus rapides possibles, maintenues 2 secondes en fin de
mouvement et espacées les unes des autres par un temps de repos de 15 secondes avec une
charge de 3 kg pour les femmes et de 5 kg pour les hommes,
- temps de repos de 2 minutes entre les contractions concentriques et statiques,
- 5 contractions statiques maintenues 6 secondes et espacées par un temps de repos de 15
secondes [15].
Pour déterminer si nous commençons d’abord par une contraction concentrique ou
statique, nous utilisons un dé : une valeur inférieure à trois signifie commencer par la
contraction concentrique alors qu’une valeur supérieure à trois signifie commencer par la
contraction statique.
Dans un souci de facilitation, les valeurs obtenues avec le Myotest® en Newton sont
converties en kilogrammes.
Nous faisons la moyenne des valeurs obtenues pour chaque type de contractions et pour
chaque muscle, ainsi chaque sujet obtient quatre résultats : une valeur moyenne pour la
contraction dynamique du quadriceps fémoral, une valeur pour la contraction dynamique du
biceps brachial, une valeur moyenne pour la contraction statique du quadriceps fémoral et une
dernière valeur moyenne pour la contraction statique du biceps brachial.
21
3.4. Force musculaire
3.4.1. Force concentrique
3.4.1.1. Quadriceps fémoral
3.4.1.1.1. Méthodes et matériels
Pour la mesure de cette force nous utilisons un système Myotest®. Cet appareil permet
grâce à un accéléromètre interne d’obtenir la valeur de force déployée au cours du mouvement,
sans pour autant porter réellement de charge lourde, en utilisant la relation de la puissance.
Nous indiquons à la machine les paramètres du volontaire (sexe, taille, poids) ainsi que la
charge que celui-ci doit soulever. L’appareil peut ainsi, en fonction de la vitesse d’exécution du
mouvement et de la charge indiquée, une fois placé sur le montage déduire la puissance du
volontaire et donc la force maximale qu’il serait de taille à soulever. Le principal défaut de cet
appareil est le fait qu’il n’est capable de fournir des données correctes que si le déplacement
mesuré se fait de façon rectiligne. C’est pour cela qu’il est placé sur la charge qui effectuera un
trajet linéaire par l’intermédiaire d’un montage de poulies. Un retentissement sonore a lieu
avant le mouvement quand nous initions la mesure pour signifier le début de l’épreuve, et un
second se déclenche à la fin de la contraction une fois la mesure effectuée. Des programmes
plus complexes sont disponibles via le logiciel de l’appareil dans le cadre d’une réathlétisation
ou d’un renforcement musculaire suivi (annexe V fig. 19).
Le volontaire est assis sur un banc de Colson, sanglé au niveau du thorax et des cuisses
afin d’éviter les compensations d’irradiations globales ; donc le tronc est à la verticale. Des
petits coussins triangulaires sont placés sous chaque cuisse pour horizontaliser au mieux les
membres inférieurs et améliorer le confort. Une talonnette est placée sur le pied du membre
inférieur dominant (annexe VI fig. 21) [16].
Le côté dominant correspond à la jambe d’appui lors d’un tir dans un ballon lancé
doucement sur le sol vers le volontaire. Trois lancés sont réitérés pour vérifier que le membre
inférieur soit toujours le même. Les indications sont claires : «frappez dans le ballon».
22
Le montage de poulies est placé de la façon suivante : l’élingue part de l’arrière de la
talonnette, genou placé à 80° de flexion, passe par une poulie de traction suivie d’une de
réflexion pour arriver jusqu’à la charge posée sur un tabouret pour ne pas entraîner de tension
préalable à l’effort, où est fixé le dispositif Myotest®. L’élingue est donc perpendiculaire durant
la course moyenne, le mouvement se faisant de 80° de flexion à la rectitude (annexe VI fig. 22).
La charge est de 7 kg pour les femmes et de 10 kg pour les hommes [12], [17].
Indications pour le patient lors de la contraction : «au bip sonore vous contractez le plus
fort et le plus vite possible» [17].
3.4.1.2. Biceps brachial
3.4.1.2.1. Méthodes et matériels
Pour les mesures de ce muscle nous utiliserons également l’appareil Myotest® décrit
précédemment.
Le volontaire est installé sur une chaise disposant d’un dossier, adossé sur ce dernier,
bras le long du corps, bassin au fond de la chaise, genoux à 80-90° de flexion, face au banc de
Colson, le coude également bloqué contre le dossier. Une élingue part de la main dominante
par l’intermédiaire d’une poignée, descend vers le sol vers une poulie de traction puis remonte
pour passer au niveau d’une poulie de réflexion pour se terminer sur la charge à déplacer, où
est fixé le Myotest® (annexe VI fig. 23). L’élingue est donc perpendiculaire à la course
moyenne, le mouvement se déroulant de 30° de flexion du coude (avant-bras en supination pour
inhiber au mieux les muscles brachio-radial et brachial), à 160° de flexion (annexe VI fig. 24).
La charge est de 3 kg pour les femmes et de 5 kg pour les hommes [15], [16], [17].
La main dominante est désignée par la latéralité d’écriture.
Indications pour le volontaire : «au bip sonore tirez le plus fort et le plus rapidement
possible» [17].
23
3.4.2. Force statique
3.4.2.1. Quadriceps fémoral
3.4.2.1.1. Méthodes et matériels
Nous utilisons ici un Kinedyne®, appareil constitué d’un filin inextensible relié à un
boitier, fixé sur un endroit stable, qui nous indique la force (en kg, J ou N) (annexe V fig. 20).
Le volontaire est installé dans les mêmes conditions sur le banc de Colson que pour les
contractions concentriques de ce même muscle, mais cette fois-ci l’élingue rejoint le
Kinedyne® fixé au banc de Colson, tendue de telle sorte que l’angle de flexion du genou soit
égal à 60° (annexe VI fig. 25), correspondant au moment de force maximale du quadriceps, tout
en étant perpendiculaire à la force de contraction. Nous amenons passivement le membre avant
le début de chaque contraction [5], [13], [14], [17], [18], [19], [20].
La contraction est précédée d’un décompte «3-2-1» suivi d’une stimulation verbale
«allez, allez, allez, tirez le plus fort possible». La durée de contraction est comptée par un
chronomètre, au bout de 6 secondes nous signifions au volontaire que l’effort est terminé [17].
3.4.2.2. Biceps brachial
3.4.2.2.1. Méthodes et matériels
Nous utilisons de nouveau le Kinedyne® pour cette mesure statique.
Le sujet est installé dans les mêmes conditions que pour l’évaluation de la force
concentrique, mais cette fois-ci l’élingue attachée à la poignée est pratiquement verticale (pas
complètement pour rester perpendiculaire au moment de force du biceps) pour rejoindre le
Kinedyne® lui-même relié au banc de Colson. Le coude forme un angle de 90° correspondant
au moment de force maximale du biceps (annexe VI fig. 26) [5], [15], [17], [20].
24
La contraction est précédée d’un décompte «3-2-1» suivi d’une stimulation verbale
«allez, allez, allez, tirez le plus fort possible». La durée de contraction est comptée par un
chronomètre. Au bout de 6 secondes, nous signifions au volontaire que l’effort est terminé [17].
4. RÉSULTATS
4.1. Force musculaire concentrique
4.1.1. Quadriceps fémoral
Nous obtenons des moyennes de 18,11 kg pour les femmes ; 25,87 kg pour les hommes
et 22,11 kg pour l’ensemble des volontaires (annexe VII tab. VI), représentées sur un graphique
Force maximale mesurée
(convertie en kg)
(fig. 8).
CONTRACTION CONCENTRIQUE
DU QUADRICEPS FÉMORAL
30
Femmes
Hommes
Mixtes
20
10
18,11
25,87
22,11
0
Catégorie
Figure 8 : histogramme des moyennes de forces pour une contraction concentrique
du quadriceps fémoral selon le sexe
4.1.2. Biceps brachial
Nous obtenons une moyenne de 9,13 kg pour les femmes ; 16,22 kg pour les hommes
et 12,79 kg pour l’ensemble des volontaires (annexe VII tab. VII), représentées sur un graphique
(fig. 9).
25
Force maximale mesurée
(convertie en kg)
CONTRACTION CONCENTRIQUE
DU BICEPS BRACHIAL
20
Femmes
Hommes
Mixtes
10
9,13
16,22
12,79
0
Catégorie
Figure 9 : histogramme des moyennes de forces pour une contraction concentrique
du biceps brachial selon le sexe
4.2. Force musculaire statique
4.2.1. Quadriceps fémoral
Nous obtenons une moyenne de 29,73 kg pour les femmes ; 39,96 kg pour les hommes
et 35,01 kg pour l’ensemble des volontaires (annexe VII tab. VIII), représentées sur un
Force maximale mesurée
(convertie en kg)
graphique (fig. 10).
60
CONTRACTION STATIQUE DU
QUADRICEPS FÉMORAL
Femmes
Hommes
Mixtes
40
20
29,73
39,96
35,01
0
Catégorie
Figure 10 : histogramme des moyennes de forces pour une contraction statique
du quadriceps fémoral selon le sexe
26
4.2.2. Biceps brachial
Nous obtenons une moyenne de 12,28 kg pour les femmes ; 23,40 kg pour les hommes
et 18,02 kg pour l’ensemble des volontaires (annexe VII tab. IX), représentées sur un graphique
Force maximale mesurée
(convertie en kg)
(fig. 11).
CONTRACTION STATIQUE DU
BICEPS BRACHIAL
Femmes
30
Hommes
Mixtes
20
10
12,28
23,4
18,02
0
Catégorie
Figure 11 : histogramme des moyennes de forces pour une contraction statique
du biceps brachial selon le sexe
4.3. Ratio de forces
4.3.1. Quadriceps fémoral
Grâce aux résultats précédents, pour un rapport des forces statiques sur les forces
concentriques du quadriceps fémoral, nous obtenons en moyenne une augmentation de la force
isométrique de 63,31% pour les femmes (avec un écart-type de 15,66) ; 55,87% pour les
hommes (avec un écart-type de 14,99) et de 59,47% pour l’ensemble des volontaires (avec un
écart-type de 15,53) (annexe VII tab. X). Ces moyennes sont représentées sur un graphique
(fig. 12).
27
RATIOS DE FORCES POUR LE
QUADRICEPS FÉMORAL
Pourcentage (%)
Femmes
100
15,66
Hommes
Mixtes
14,99
15,53
55,87
59,47
50
63,31
0
Catégorie
Figure 12 : histogramme des moyennes des ratios de forces
pour le quadriceps fémoral selon le sexe
4.3.2. Biceps brachial
Pour un rapport des forces statiques sur les forces concentriques du biceps brachial, nous
obtenons en moyenne une augmentation de la force isométrique de 35% pour les femmes (avec
un écart-type de 18,26) ; de 43,12% pour les hommes (avec un écart-type de 17,96) et de
39,19% pour l’ensemble des volontaires (avec un écart-type de 18,27) (annexe VII tab. XI).
Pourcentage (%)
Ces moyennes sont représentées sur un graphique (fig. 13).
100
RATIOS DE FORCES POUR LE
BICEPS BRACHIAL
Femmes
18,26
Hommes
Mixtes
17,96
18,27
43,12
39,19
50
35
0
Catégorie
Figure 13 : histogramme des moyennes des ratios de forces
pour le biceps brachial selon le sexe
28
5. DISCUSSION
Il faut prendre en compte le fait que cette étude s’est déroulée grâce à la participation
de quelques volontaires, mais afin d’obtenir des résultats davantage significatifs, il aurait été
préférable de couvrir une population plus importante : nous ne pouvons donc pas affirmer nos
résultats, mais amener l’hypothèse qu’une différence de ratio entre un mode de contraction
statique et concentrique est bien présent et que ce rapport est différent de celui évoqué au début
de ce document qui était général et datait de plus de 5 ans. Il faut également noter que notre
population est à la fois constituée de participants sportifs et de non sportifs. Un examen
approfondi des variations de ratios de forces entre une personne sportive et non sportive serait
intéressant, voire même de comparer les sportifs entre eux de par la nature différente de leurs
activités (sport d’endurance, à contraction explosive rapide, …).
Quelques détails sont également à citer :
- l’isocinétisme n’étant pas envisageable à grande échelle (problème de moyens et de temps
principalement), nous avons dû adopter une stratégie alternative : à savoir le Myotest® et le
Kinedyne®, mais leur utilisation repose sur l’étude comparative préalable de quelques cas
sur le Cybex® et sur les deux appareils « classiques » mentionnés précédemment. Cette préétude servait également à éliminer les biais dus à l’utilisation de deux appareils différents,
- le quadriceps fémoral et le biceps brachial ne constituent effectivement pas tout le corps,
mais sont représentatifs de par leur similitude d’action en vélocité malgré leurs rôles
respectifs de déambulation et de préhension,
- le protocole a été créé grâce aux informations recensées dans plusieurs articles,
- certains volontaires étaient perturbés par le retentissement sonore du Myotest®,
- trois volontaires ont exprimé une douleur au poignet après la dernière contraction statique
lorsque celles-ci suivaient les contractions dynamiques, causée par l’inclinaison ulnaire pour
tenir la poignée reliée à l’élingue,
- dans un cadre plus permissif, les mesures auraient dû être prises aux mêmes heures pour tous
les sujets pour diminuer les biais (fatigue de fin de journée, phase post-prandiale),
-
le Kinedyne® n’est pas capable de mesurer des forces supérieures à 45 kg («surcharge»
apparait à l’écran),
29
- le montage de poulies comprend des avantages mais aussi des inconvénients (apparition de
frictions dans les poulies à l’initiation du mouvement, relâchement des nœuds sur la durée
donc nécessité de les refaire souvent),
- demander une contraction maximale sur un mouvement analytique reste compliqué même
pour le plus volontaire des sujets (les irradiations ayant été limitées au mieux grâce aux
diverses sangles et par le dossier de la chaise),
- cette étude n’a pas pour but de démontrer que des mesures produites par le Myotest® et le
Kinedyne® sont équivalentes à celles obtenues grâce à l’isocinétisme du Cybex® et n’a donc
aucun but commercial.
6. CONCLUSION
L’objectif de notre étude était d’évaluer et de comparer le ratio des forces existant entre
un mode de contraction isométrique et un mode concentrique afin d’obtenir une indication
quantitative sur la force supplémentaire qu’est capable de déployer une contraction statique.
Dans ce but, nous avons observé si ce ratio est général à tout le corps humain ou s’il dépend du
muscle.
Pour ce faire, nous avons donc choisi d’étudier deux muscles différents par leur
localisation mais ayant des caractéristiques communes : le quadriceps fémoral et le biceps
brachial.
Les résultats obtenus ont montré qu’il existait en effet une disparité quant aux capacités
musculaires sur différents muscles. Mais cette différence n’est apparemment pas liée au sexe,
les valeurs étant en effet assez proches pour un même muscle et pour un sexe donné (environ
60% pour le quadriceps fémoral pour 40% pour le biceps brachial).
Nous pouvons donc être amenés à penser que l’écart serait dû aux habitudes de vie de
chacun et donc que le muscle, en s’adaptant par exemple aux activités sportives pratiquées par
un remaniement des fibres (en jouant sur la proportion des types de fibres), peut s’adapter aux
stimulations pour s’adapter en conséquence.
30
Il serait donc intéressant de pousser l’étude en se basant davantage sur l’activité
physique pratiquée afin de pouvoir apporter des données plus précises pouvant être utilisées
dans le cadre de la rééducation sportive pour initier des échelles de normes musculaires en
fonction de l’activité, ceci pouvant nous indiquer globalement l’avancement d’un renforcement
musculaire en précisant nos attentes.
Le fait de connaître plus précisément ce ratio permettrait également de faciliter la
détermination de la charge à appliquer dans le cadre d’un renforcement musculaire, surtout si
nous ne disposons pas d’appareils permettant de déterminer la force maximale dans différents
modes de contractions.
BIBLIOGRAPHIE
1.
Gain H, Hervé JM, Hignet R, Deslandes R. Renforcement musculaire en rééducation.
Encyclopédie médico-chirurgicale, Editions Scientifiques et Médicales © Elsevier SAS,
Paris. Kinésithérapie-Médecine physique Réadaptation ; 26-055-A-11, 2003, 10 p.
2.
Guincestre JY, Sesboue B, Cavelier V, Hulet C. Principes, usages, mésusages et risques du
renforcement musculaire. J. Traumatol. Sport © Masson, Paris 2005 ; 22 : 236-242.
3.
Lacour JR. Aspects biomécaniques de la contraction musculaire. Laboratoire de
Physiologie GIP-Exercice. Ann. Kinésithér., © Masson, Paris 2001 ; 28 (5) : 193-195.
4.
Guillaumot JM. Apport de la dynamométrie isocinétique dans l'appréciation de la qualité
de la participation active à l'effort. Détection des contractions musculaires sous-maximales.
4 mai 2001. 94 p. Thèse Méd. : Nancy, Faculté de Médecine.
5.
Williams M, Stutzman L. Strenght variation throught the range of joint motion. The
physical therapy review. 39 (3) : 145-152.
6.
Croisier JL, Crielaard JM. Méthodes d’exploration de la force musculaire : une analyse
critique. Ann Réadaptation Méd Phys © Elsevier, Paris 1999 ; 42 : 311-22.
7.
Puyou M. Calcul de résistance maximale du quadriceps ; REP ou TSI ? 2012/2013. 44 p.
Mémoire : Rennes, Institut de Formation en Masso-Kinésithérapie.
8.
Dufour M. Myologie. Anatomie de l’appareil locomoteur : tome 1, membres inférieurs ;
2ème édition ; Paris ; Masson ; 2007.
9.
Dufour M. Myologie. Anatomie de l’appareil locomoteur : tome 2, membres inférieurs ;
2ème édition ; Paris ; Masson ; 2007.
10. Zouita A, Dziri C, Ben Salah FZ, Layouni R. Comparaison de la force musculaire
isocinétique et du ratio ischiojambiers/quadriceps entre des sportifs tunisiens. Science &
Sports 2007 ; 22 : 196–200.
11. Dupont B, Voisin PH. Évaluation musculaire concentrique et excentrique des muscles
rotateurs du genou en situation articulaire isocinétique. Ann. Kinésithér. © Masson, Paris
1994 ; 21 (8) : 393-402.
12. Guillaume A, Pierron G. Rapport entre la RM et la FMM du quadriceps crural. Ann.
Kinésithér. © Masson, Paris 1991 ; 18 (5) : 221-225.
13. Chauvin C. Le renforcement musculaire par le travail statique intermittent. Ann.
Kinésithér. 1980 ; 7 : 297-302.
14. Troisier O. Méthode d'évaluation de la force musculaire par le travail statique. Ann.
Kinésithér. 1980 ; 7 : 291-296.
15. Lescene Y. De la force isométrique maxima du biceps brachial en pronation et en
supination. 1977/1978. Mémoire : Bois-Larris, Ecole des Cadres de Kinésithérapie.
16. Herzog W, ter Keurs H E. D. J. A method for the determination of the force-length relation
of selected in-vivo human skeletal muscles. Pflügers Arch 1988 ; 411 : 637-641.
17. Dany I, Pierron G. Essai d’évaluation de la force maximale isométrique mesurée (F.M.M.).
Ann.Kinésithér. © Masson, Paris 1991 ; 18 (5) : 227-23.
18. Lindh M. Increase of muscle strenght from isometric quadriceps exercises at different knee
angles. Scand J rehab Med 1979 ; 11 : 33-36.
19. Lindahl O, Movin A, Ringqvist I. Measurement of the isometric force in different positions
of the knee-joint. Umeä, Sweden 1969. p. 79-85.
20. Oliveira L F, Matta T T, Alves D S, Garcia M A C, Vieira T M M. Effect of the shoulder
position on the biceps brachii EMG in different dumbbell curls. © Journal of Sports Science
and Medicine 2009 ; 8 : 24-29.
ANNEXES
ANNEXE I
Figure 14 : jonction neuro-musculaire et stimulus nerveux
ANNEXE II
Figure 15 : muscle quadriceps fémoral
Figure 16 : muscle biceps brachial
ANNEXE III
Tableau I : données obtenues avec le système Cybex®
Quadriceps isocinétisme
Concentrique
Statique
Moyenne
en kg
17,90
22,43
12,22
Homme-1
Homme-2
Femme-1
27,4
40,1
17,55
27,3
40,28
18,36
27,2
40,38
17,3
29,5
38,85
18,5
Moyenne
en kg
28,3
27,94
38,04
39,53
16,5
17,64
Tableau II : données obtenues avec le Myotest® et le Kinedyne®
Quadriceps appareils
Concentrique
Homme-1
Homme-2
Femme-1
16,00
23,30
13,60
18,00
25,50
14,00
19,60
24,30
13,40
Statique
18,20
23,30
13,70
Moyenne
en kg
23,00
18,96
27,00
24,68
13,80
13,70
30,00
38,50
19,30
35,00
41,00
20,70
30,00
39,30
20,00
32,00
40,00
19,90
Moyenne
en kg
38,00
33,00
38,80
39,52
21,20
20,22
Tableau III : pourcentage d’écart dans les mesures de forces entre le Cybex® et les appareils
classiques pour le travail concentrique
Rapport concentrique
Homme-1
Homme-2
Femme-1
Moyenne
Rapport appareils "classiques"/Cybex Valeurs en pourcentage (%)
1,059217877
5,9217877
1,100312082
10,0312082
1,12111293
12,111293
9,354762967
Tableau IV : pourcentage d’écart dans les mesures de forces entre le Cybex® et les appareils
classiques pour le travail statique
Rapport statique
Homme-1
Homme-2
Femme-1
Moyenne
Rapport appareils "classiques"/Cybex Valeurs en pourcentage (%)
1,181102362
18,1102362
0,99974028
-0,025972
1,146128557
14,6128557
10,89903997
Tableau V : ratio des valeurs des forces pour le quadriceps fémoral obtenues grâce au
Cybex®
Rapport forces pour le quadriceps fémoral
Rapport cybex statique/ concentrique Valeurs en pourcentage (%)
Homme-1
1,560893855
56,09
Homme-2
1,762371823
76,24
Femme-1
1,44369885
44,37
Moyenne
58,90
ANNEXE IV
Figure 17 : fiche de consentement et d’informations - recto
Figure 18 : fiche de consentement et d’informations - verso
ANNEXE V
Figure 19 : appareil Myotest®
Figure 20 : appareil Kinedyne®
ANNEXE VI
Figure 21 : position de départ pour la contraction concentrique du quadriceps fémoral
Figure 22 : position d’arrivée pour la contraction concentrique du quadriceps fémoral
Figure 23 : position de départ pour la contraction concentrique du biceps brachial
Figure 24 : position d’arrivée pour la contraction concentrique du biceps brachial
Figure 25 : position pour la contraction statique du quadriceps fémoral
Figure 26 : position pour la contraction statique du biceps brachial
ANNEXE VII
Tableau VI : mesures de forces pour les contractions concentriques du quadriceps fémoral
Quadriceps fémoral
Concentrique
Sexe
Homme-01
Homme-02
Homme-03
Homme-04
Homme-05
Homme-06
Homme-07
Homme-08
Homme-09
Homme-10
Homme-11
Homme-12
Homme-13
Homme-14
Homme-15
Homme-16
Sexe
Femme-01
Femme-02
Femme-03
Femme-04
Femme-05
Femme-06
Femme-07
Femme-08
Femme-09
Femme-10
Femme-11
Femme-12
Femme-13
Femme-14
Femme-15
16,00
23,30
22,80
27,70
19,90
27,70
23,30
26,00
30,20
20,40
30,90
22,70
23,20
28,10
30,00
23,50
13,60
19,60
16,60
17,80
18,80
14,00
16,00
19,40
19,70
19,50
19,60
16,80
16,00
16,20
20,30
18,00
25,50
25,80
28,20
18,50
30,80
21,30
24,10
31,40
21,30
30,30
28,30
24,00
27,50
30,30
25,00
14,00
18,20
16,60
17,90
18,90
14,20
15,30
22,60
19,40
21,00
19,90
18,30
18,10
16,10
19,60
19,60
24,30
26,50
28,00
18,80
28,80
20,00
25,10
31,90
21,50
31,30
30,50
22,70
27,80
31,00
26,10
13,40
16,00
18,00
17,20
19,90
14,80
16,80
23,70
20,00
19,50
17,10
17,70
18,40
18,70
19,20
18,20
23,30
27,60
27,40
19,70
28,90
19,80
27,10
33,80
19,70
32,10
28,50
23,30
29,00
30,50
25,70
13,70
21,50
16,70
18,20
20,80
16,20
16,60
24,60
18,60
22,50
18,40
18,00
17,40
18,50
19,70
23,00
27,00
27,20
27,80
23,20
29,30
22,40
24,70
34,60
21,20
33,10
30,40
23,60
30,30
31,70
25,60
Moyenne en kg
18,96
24,68
25,98
27,82
20,02
29,10
21,36
25,40
32,38
20,82
31,54
28,08
23,36
28,54
30,70
25,18
13,80
18,00
17,30
18,30
18,70
15,10
17,20
25,30
18,50
20,00
17,50
18,50
18,50
17,30
19,10
Moyenne en kg
13,70
18,66
17,04
17,88
19,42
14,86
16,38
23,12
19,24
20,50
18,50
17,86
17,68
17,36
19,58
Tableau VII : mesures de forces pour les contractions concentriques du biceps brachial
Biceps brachial
Concentrique
Sexe
Homme-01
Homme-02
Homme-03
Homme-04
Homme-05
Homme-06
Homme-07
Homme-08
Homme-09
Homme-10
Homme-11
Homme-12
Homme-13
Homme-14
Homme-15
Homme-16
Sexe
Femme-01
Femme-02
Femme-03
Femme-04
Femme-05
Femme-06
Femme-07
Femme-08
Femme-09
Femme-10
Femme-11
Femme-12
Femme-13
Femme-14
Femme-15
10,40
17,60
18,70
14,80
13,30
13,80
11,70
12,60
26,60
14,00
16,20
15,20
16,20
15,30
16,00
12,60
8,00
9,00
8,00
9,20
9,10
8,60
8,80
11,60
8,20
10,00
7,50
10,40
9,30
8,90
10,40
13,00
21,30
19,60
16,10
14,30
14,90
14,00
13,70
19,00
11,40
19,00
14,50
16,40
16,20
18,50
13,30
8,50
9,00
8,80
8,50
9,70
8,20
8,40
10,60
8,10
8,50
8,00
10,50
8,70
9,10
12,30
14,00
16,80
18,40
15,90
13,80
15,60
17,10
15,80
19,90
11,70
18,40
15,30
14,30
17,60
18,10
15,40
8,20
8,90
8,90
9,40
9,60
7,70
9,10
8,50
8,00
9,50
7,60
8,70
10,50
10,00
12,40
Moyenne en kg
13,82
19,62
18,36
16,32
14,46
15,06
15,00
15,50
22,00
13,60
18,54
15,22
14,86
16,48
16,74
14,04
16,70
21,60
17,20
17,00
15,20
14,70
16,00
20,70
24,10
15,60
19,60
14,00
14,80
15,70
15,60
14,30
15,00
20,80
17,90
17,80
15,70
16,30
16,20
14,70
20,40
15,30
19,50
17,10
12,60
17,60
15,50
14,60
9,60
9,00
9,10
8,60
8,90
8,10
8,50
10,70
8,60
8,80
8,00
8,80
9,90
9,10
12,00
Moyenne en kg
8,00
8,46
8,80
8,94
8,70
8,70
9,60
9,06
9,40
9,34
7,50
8,02
9,00
8,76
8,50
9,98
9,00
8,38
9,90
9,34
8,20
7,86
8,80
9,44
10,20
9,72
9,00
9,22
12,20
11,86
Tableau VIII : mesures de forces pour les contractions statiques du quadriceps fémoral
Quadriceps fémoral
Statique
Sexe
Homme-01
Homme-02
Homme-03
Homme-04
Homme-05
Homme-06
Homme-07
Homme-08
Homme-09
Homme-10
Homme-11
Homme-12
Homme-13
Homme-14
Homme-15
Homme-16
Sexe
Femme-01
Femme-02
Femme-03
Femme-04
Femme-05
Femme-06
Femme-07
Femme-08
Femme-09
Femme-10
Femme-11
Femme-12
Femme-13
Femme-14
Femme-15
30,00
38,50
36,80
37,90
40,40
40,70
35,40
38,40
45,60
26,50
40,30
39,30
42,00
44,50
39,00
45,60
19,30
24,60
23,70
26,50
32,00
27,10
19,60
41,80
36,00
37,60
30,90
28,30
28,00
28,20
33,70
35,00
41,00
42,80
39,60
33,10
45,60
37,80
35,30
50,00
28,30
41,30
46,00
32,70
40,60
42,30
43,00
20,70
23,40
25,60
25,30
35,00
26,50
23,60
41,80
33,80
40,20
30,30
30,10
29,90
24,30
33,00
30,00
39,30
39,70
39,80
37,50
40,00
36,30
36,80
54,20
29,10
44,10
43,50
40,20
42,30
43,30
42,30
20,00
27,70
23,30
25,00
31,50
28,50
23,60
41,60
33,80
38,40
29,60
30,20
28,30
28,20
34,50
32,00
40,00
30,00
44,20
30,30
43,20
38,40
38,40
55,00
32,60
42,30
50,30
40,20
35,10
40,10
42,30
19,90
28,40
23,30
27,90
32,00
27,50
23,60
42,50
34,60
35,10
32,30
29,90
30,40
29,10
32,40
38,00
38,80
40,90
40,10
35,60
45,40
39,60
41,70
57,30
32,10
42,80
51,80
43,00
43,40
37,30
41,00
Moyenne en kg
33,00
39,52
38,04
40,32
35,38
42,98
37,50
38,12
52,42
29,72
42,16
46,18
39,62
41,18
40,40
42,84
21,20
27,60
24,20
27,70
34,50
27,20
26,60
39,40
37,40
34,60
33,00
31,00
29,40
28,60
34,00
Moyenne en kg
20,22
26,34
24,02
26,48
33,00
27,36
23,40
41,42
35,12
37,18
31,22
29,90
29,20
27,68
33,52
Tableau IX : mesures de forces pour les contractions statiques du biceps brachial
Biceps brachial
Statique
Sexe
Homme-01
Homme-02
Homme-03
Homme-04
Homme-05
Homme-06
Homme-07
Homme-08
Homme-09
Homme-10
Homme-11
Homme-12
Homme-13
Homme-14
Homme-15
Homme-16
Sexe
Femme-01
Femme-02
Femme-03
Femme-04
Femme-05
Femme-06
Femme-07
Femme-08
Femme-09
Femme-10
Femme-11
Femme-12
Femme-13
Femme-14
Femme-15
17,00
29,50
31,80
29,60
18,10
25,80
20,00
19,40
31,70
17,10
30,60
26,20
21,40
28,10
30,40
18,50
12,30
11,80
12,50
14,90
16,90
12,00
10,90
16,40
13,30
14,40
12,40
11,20
12,80
10,60
14,20
19,00
29,00
30,80
27,40
15,30
22,60
18,60
18,50
38,80
16,70
26,90
23,20
20,50
27,10
26,60
18,90
11,40
11,20
12,10
13,60
18,90
11,70
9,70
15,10
12,20
13,00
10,60
10,10
12,00
10,70
12,90
21,30
27,90
29,70
24,30
18,30
21,00
17,60
16,50
37,20
18,30
26,60
25,40
21,50
22,40
27,20
17,30
11,30
10,30
11,80
13,90
14,90
12,10
9,00
12,60
11,70
13,20
10,10
10,40
11,90
10,00
12,70
18,50
25,00
28,80
26,40
15,00
20,70
17,30
17,10
36,10
17,40
24,80
23,90
21,50
25,50
25,80
18,00
12,40
11,60
10,70
12,30
14,60
11,10
9,50
13,90
12,70
14,60
9,40
10,30
13,40
10,40
12,40
18,30
26,20
28,70
27,10
15,45
22,00
16,80
16,10
32,00
19,50
24,90
27,90
20,00
26,00
23,30
19.10
Moyenne en kg
18,82
27,52
29,96
26,96
16,43
22,42
18,06
17,52
35,16
17,80
26,76
25,32
20,98
25,82
26,66
18,18
12,10
11,30
11,30
12,50
15,80
11,30
10,00
13,70
13,90
15,10
9,00
11,80
14,10
9,70
13,10
Moyenne en kg
11,90
11,24
11,68
13,44
16,22
11,64
9,82
14,34
12,76
14,06
10,30
10,76
12,84
10,28
13,06
Tableau X : ratios des forces pour le quadriceps fémoral
Quadriceps fémoral
Sexe
Homme-01
Homme-02
Homme-03
Homme-04
Homme-05
Homme-06
Homme-07
Homme-08
Homme-09
Homme-10
Homme-11
Homme-12
Homme-13
Homme-14
Homme-15
Homme-16
Moyenne
Ratio Statique/Concentrique
1,740506329
1,601296596
1,464203233
1,449317038
1,767232767
1,476975945
1,755617978
1,500787402
1,618900556
1,427473583
1,336715282
1,644586895
1,696061644
1,442887176
1,315960912
1,701350278
Pourcentage (%)
74,050632911
60,129659643
46,420323326
44,931703810
76,723276723
47,697594502
75,561797753
50,078740157
61,890055590
42,747358309
33,671528218
64,458689459
69,606164384
44,288717589
31,596091205
70,135027800
55,874210086
Sexe
Femme-01
Femme-02
Femme-03
Femme-04
Femme-05
Femme-06
Femme-07
Femme-08
Femme-09
Femme-10
Femme-11
Femme-12
Femme-13
Femme-14
Femme-15
Moyenne
Ratio Statique/Concentrique
1,475912409
1,411575563
1,409624413
1,480984340
1,699279094
1,841184388
1,428571429
1,791522491
1,825363825
1,813658537
1,687567568
1,674132139
1,651583710
1,594470046
1,711950970
Pourcentage (%)
47,591240876
41,157556270
40,962441315
48,098434004
69,927909372
84,118438762
42,857142857
79,152249135
82,536382536
81,365853659
68,756756757
67,413213886
65,158371041
59,447004608
71,195097038
63,315872808
Tableau XI : ratios des forces pour le biceps brachial
Biceps brachial
Sexe
Homme-01
Homme-02
Homme-03
Homme-04
Homme-05
Homme-06
Homme-07
Homme-08
Homme-09
Homme-10
Homme-11
Homme-12
Homme-13
Homme-14
Homme-15
Homme-16
Moyenne
Ratio Statique/Concentrique
1,361794501
1,402650357
1,631808279
1,651960784
1,136237898
1,488711819
1,204000000
1,130322581
1,598181818
1,308823529
1,443365696
1,663600526
1,411843876
1,566747573
1,592592593
1,307692308
Pourcentage (%)
36,179450072
40,265035678
63,180827887
65,196078431
13,623789765
48,871181939
20,400000000
13,032258065
59,818181818
30,882352941
44,336569579
66,360052562
41,184387618
56,674757282
59,259259259
30,769230769
43,127088354
Sexe
Femme-01
Femme-02
Femme-03
Femme-04
Femme-05
Femme-06
Femme-07
Femme-08
Femme-09
Femme-10
Femme-11
Femme-12
Femme-13
Femme-14
Femme-15
Moyenne
Ratio Statique/Concentrique
1,406619385
1,257270694
1,342528736
1,483443709
1,736616702
1,451371571
1,121004566
1,436873747
1,522673031
1,505353319
1,310432570
1,139830508
1,320987654
1,114967462
1,101180438
Pourcentage (%)
40,661938534
25,727069351
34,252873563
48,344370861
73,661670236
45,137157107
12,100456621
43,687374749
52,267303103
50,535331906
31,043256997
13,983050847
32,098765432
11,496746204
10,118043845
35,007693957
RÉSUMÉ
L’objectif de cette étude est d’apporter des mesures quantitatives concernant le ratio de forces
entre une contraction statique et une contraction dynamique concentrique pour plusieurs
muscles afin de définir le pourcentage de force supplémentaire qu’est capable de libérer un
muscle en contraction statique et d’observer les différences éventuelles entre ces ratios. Ceci
nous apportera une échelle de valeurs possibles quant aux objectifs réalisables à atteindre dans
le cadre d’une rééducation.
Dans le but de comparer, nous prenons ici le quadriceps fémoral ainsi que le biceps brachial
dominants dont les fonctions et la composition varient afin de généraliser pour le corps entier
et non de cibler spécifiquement une zone. Nous interprétons la possible différence entre ces
ratios et essayons d’en déterminer la cause.
Trente-et-un étudiants sains dont l’âge varie de 21 à 35 ans (15 femmes et 16 hommes) en
dernière année à l’ILFMK de Nancy et ne présentant aucune pathologie des membres inférieurs,
supérieurs ou même du rachis participent à cette étude. Nous mesurons la force sur le membre
inférieur et supérieur dominants grâce à deux appareils : un Myotest® (pour les contractions
concentriques) et un Kinedyne® (pour les contractions isométriques). Nous avons réalisé une
étude préalable sur un système type Cybex® en isocinétisme afin de vérifier ou non si les
résultats obtenus avec les deux premières machines citées étaient comparables.
Nos résultats démontrent une différence de ratio entre le quadriceps et le biceps permettant de
tirer une moyenne approximative pour chaque muscle, manifestement non imputable au sexe
mais plutôt aux habitudes de la vie quotidienne telle la pratique ou non d’une activité sportive.
Mots-clés : force maximale mesurée, relation force statique-dynamique, évaluation force musculaire, quadriceps
fémoral, biceps brachial.
Keywords : maximum measured power, static-dynamic strenght relation, muscular strenght evaluation, quadriceps
femoris, biceps brachialis.