Propriétés mécaniques actives et passives: Aspects...

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

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  • Proprits mcaniques actives et passives:Proprits mcaniques actives et passives:

    Aspects thoriques et valuationAspects thoriques et valuationAspects thoriques et valuationAspects thoriques et valuation

    Giuseppe RabitaGiuseppe Rabita

    Laboratoire de Biomcanique et PhysiologieLaboratoire de Biomcanique et Physiologie

  • Rfrences utilises Rfrences utilises

    -- BiomcaniqueBiomcanique GoubelGoubel--Lensel (Lensel (Masson)Masson)qq (( ))

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

    -- Entrez PubmedEntrez PubmedEntrez PubmedEntrez Pubmed

  • PLANPLAN

    1 1 -- lasticit lasticit raideur : gnralitsraideur : gnralits1.1 1.1 -- DfinitionsDfinitions1 21 2 Loi de HookeLoi de Hooke1.2 1.2 -- Loi de HookeLoi de Hooke1.3 1.3 -- Normalisation : module de YoungNormalisation : module de Young

    2 2 -- Structures lastiques Structures lastiques ((ou viscolastiquesou viscolastiques))St uctu es ast quesSt uctu es ast ques ((ou sco ast quesou sco ast ques))2.1 2.1 -- Le tendon Le tendon 2.2 2.2 -- Le muscleLe muscle2 32 3 -- Le systme musculoLe systme musculo--tendineuxtendineux2.3 2.3 -- Le systme musculoLe systme musculo--tendineuxtendineux2.4 2.4 -- Le systme musculoLe systme musculo--articulairearticulaire2.5 2.5 -- systme musculosystme musculo--squelettiquesquelettique

    3.1 3.1 Raideur tendineuseRaideur tendineuse3 3 -- Mthodes de mesuresMthodes de mesures

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

  • PLAN PLAN

    4 4 -- Facteurs dinfluenceFacteurs dinfluence4.1 4.1 Effet de la typologie musculaireEffet de la typologie musculaire4 24 2 Effet de lgeEffet de lge4.2 4.2 Effet de lgeEffet de lge4.3 4.3 Effet de la pratique sportive de haut niveauEffet de la pratique sportive de haut niveau4.4 4.4 Effet de lentranementEffet de lentranement

  • 1 1 -- lasticit lasticit raideur : gnralitsraideur : gnralits

    1.1 1.1 -- DfinitionsDfinitions

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

    11rere dfinitiondfinition

    RaideurRaideur : limitation plus ou moins grande de la mobilit : limitation plus ou moins grande de la mobilit dune articulationdune articulation

    fait rfrence la fait rfrence la souplessesouplesse

  • 1 1 -- lasticit lasticit raideur : gnralitsraideur : gnralits

    22meme dfinition (mcanique)dfinition (mcanique) ::

    1.1 1.1 -- DfinitionsDfinitions

    La tension La tension (F, en N)(F, en N) dun ressort est proportionnelle sa dformation lastique dun ressort est proportionnelle sa dformation lastique ((L, en m)L, en m)..La La constanteconstante de proportionnalit est la de proportionnalit est la raideurraideur kk (en N.m(en N.m--11))

    F = F = kk . . L L

    LLLL

    ElasticitElasticit n. f. 1. n. f. 1. PropritProprit des corps qui tendent reprendre leur forme des corps qui tendent reprendre leur forme premire aprs avoir t dforms premire aprs avoir t dforms (syn. rversible)(syn. rversible)

  • 1 1 -- lasticit lasticit raideur : gnralitsraideur : gnralits

    1.2 1.2 -- Loi de HookeLoi de Hooke

    Une structure rpond la Une structure rpond la loi de Hookeloi de Hooke lorsque la variation de la force (ou de la lorsque la variation de la force (ou de la pp q (q (tension) est directement proportionnelle lallongement de la structure tension) est directement proportionnelle lallongement de la structure ((comportement comportement hookienhookien))

    A:A: La relation FLa relation F--L est linaireL est linaireA:A: La relation FLa relation F L est linaireL est linaire-- la la raideurraideur correspond la pente de la relation :correspond la pente de la relation :

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

    CC == L/L/ FF

  • 1 1 -- lasticit lasticit raideur : gnralitsraideur : gnralits

    B: B: Structure prsentant un comportement nonStructure prsentant un comportement non--linaire linaire

    1.2 1.2 -- Loi de HookeLoi de Hooke

    p pp p(structure (structure lastiquelastique ne rpondant pas la ne rpondant pas la loi de loi de HookeHooke) :) :

    -- pour un mme incrment de la longueurpour un mme incrment de la longueur kp gp g((LL1 1 = = LL22))

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

    k1

    k2

    importante (importante (FF2 2 > > FF11))

    Dans ce cas la raideur sobtient en calculant laDans ce cas la raideur sobtient en calculant laDans ce cas, la raideur s obtient en calculant la Dans ce cas, la raideur s obtient en calculant la drive (dF/dL) pour chaque valeur de Fdrive (dF/dL) pour chaque valeur de F

  • 1 1 -- lasticit lasticit raideur : gnralitsraideur : gnralits

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

    La technique de normalisation la plus utilise consiste exprimerLa technique de normalisation la plus utilise consiste exprimerLa technique de normalisation la plus utilise consiste exprimerLa technique de normalisation la plus utilise consiste exprimer-- la la forceforce par unit de section : par unit de section :

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

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

    Le Le module de Youngmodule de Young (E) est dtermin par le rapport contrainte / (E) est dtermin par le rapport contrainte / dformation (E dformation (E // MM ))= = / / , en Mpa, en Mpa))

  • 2 2 -- Structures lastiques Structures lastiques (ou viscolastiques)(ou viscolastiques)

    Niveau cellulaireNiveau cellulaireFibres collagnesFibres collagnesFibres musculairesFibres musculaires

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

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

  • 2 2 -- Structures lastiques Structures lastiques (ou viscolastiques)(ou viscolastiques)

    2.1 2.1 -- Le tendon : constitutionLe tendon : constitution

    constitu principalement de constitu principalement de fibres collagnesfibres collagnes

    jonctions jonctions jjmusculomusculo--tendineusetendineuse

    continuit continuit en superficie avec le primysiumen superficie avec le primysiumen profondeur avec lendomysiumen profondeur avec lendomysiumen profondeur avec l endomysiumen profondeur avec l endomysium

    ostoosto--tendineusetendineusecontinuit du collagne tendineux du fibrocontinuit du collagne tendineux du fibro cartilage puis de loscartilage puis de loscontinuit du collagne tendineux, du fibrocontinuit du collagne tendineux, du fibro--cartilage puis de l os cartilage puis de l os cortical cortical (changement tissulaire qui induit un changement graduel des (changement tissulaire qui induit un changement graduel des

    i i )i i )

    d t i id t i i

    proprits mcaniques)proprits mcaniques)

    organeorgane de transmissionde transmission

  • 2 2 -- Structures lastiques Structures lastiques (ou viscolastiques)(ou viscolastiques)

    2.1 2.1 -- Le tendon : considrations mcaniquesLe tendon : considrations mcaniques

    22

    33Soumis une charge axiale, sa dformation Soumis une charge axiale, sa dformation nest pas linaire.nest pas linaire. 22

    11 -- zone initiale incurvezone initiale incurve

    11rorientation des fibres rorientation des fibres tirestires

    22 -- zone ascendantezone ascendante presque linaire presque linaire dformation lastique, rversible dformation lastique, rversible p qp q q ,q ,(le tendon transmet un grande tension los en subissant une petite dformation)(le tendon transmet un grande tension los en subissant une petite dformation)

    33 -- zone plastiquezone plastique partir du point de limite lastique partir du point de limite lastique33 zone plastiquezone plastique partir du point de limite lastique partir du point de limite lastique -- grande dformation pour une petite variation de chargegrande dformation pour une petite variation de charge-- rupture irrversible des liaisons molculaires et dissociation des fibrillesrupture irrversible des liaisons molculaires et dissociation des fibrilles

  • 2 2 -- Structures lastiques Structures lastiques (ou viscolast.)(ou viscolast.)

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

    Le comportement du muscle Le comportement du muscle (en dehors (en dehors de toute considration nerveuse)de toute considration nerveuse) dpenddpendde toute considration nerveuse)de toute considration nerveuse) dpend dpend des des proprits mcaniquesproprits mcaniques lies sa lies sa structurestructure

  • 2 - Structures lastiques (ou viscolastiques)

    2.2 - Le muscle: modle mcanique

    Modle du muscle trois composantes (daprs Shorten 1987)Modle du muscle trois composantes (daprs Shorten 1987)Modle du muscle trois composantes (d aprs Shorten 1987)Modle du muscle trois composantes (d aprs Shorten 1987)

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

    l tt h tl tt h t dt h t t ti t idt h t t ti t icycles attachementcycles attachement--dtachement entre actine et myosinedtachement entre actine et myosine

  • 2 - Structures lastiques (ou viscolastiques)

    2.2 - Le muscle: modle mcanique

    Modle du muscle trois composantes (daprs Shorten 1987)Modle du muscle trois composantes (daprs Shorten 1987)Modle du muscle trois composantes (d aprs Shorten 1987)Modle du muscle trois composantes (d aprs Shorten 1987)

    La La composante lastique sriecomposante lastique srie (CES)(CES)-- la la fraction passivefraction passive rend compte principalement des proprits lastiques rend compte principalement des proprits lastiques

    des des structures tendineusesstructures tendineuses..-- la la fraction activefraction active reprsente la rsultante des reprsente la rsultante des raideurs lmentairesraideurs lmentaires qui qui

    existent au niveau des pontsexistent au niveau des ponts

  • 2 - Structures lastiques (ou viscolastiques)

    2.2 - Le muscle: modle mcanique

    Modle du muscle trois composantes (daprs Shorten 1987)Modle du muscle trois composantes (daprs Shorten 1987)Modle du muscle trois composantes (d aprs Shorten 1987)Modle du muscle trois composantes (d aprs Shorten 1987)

    La La composante lastique paralllecomposante lastique parallle (CEP)(CEP)-- reprsente les effets des reprsente les effets des tissus conjonctifs et du sarcolemmetissus conjonctifs et du sarcolemme

    rend galement compte :rend galement compte :-- rend galement compte : rend galement compte : de de l'interaction rsiduellel'interaction rsiduelle entre les protines contractilesentre les protines contractiles de la de la titinetitine

  • 2 - Structures lastiques (ou viscolastiques)

    2.2 - Le muscle: modle mcanique

    La La composante lastique paralllecomposante lastique parallle (CEP)(CEP)-- reprsente les effets des reprsente les effets des tissus conjonctifs et du sarcolemmetissus conjonctifs et du sarcolemme

    rend galement compte :rend galement compte :-- rend galement compte : rend galement compte : de de l'interaction rsiduellel'interaction rsiduelle entre les protines contractilesentre les protines contractiles de la de la titinetitine

  • 2 2 -- Structures lastiques Structures lastiques (ou viscolastiques)(ou viscolastiques)

    2.3 2.3 -- Le systme musculoLe systme musculo--tendineuxtendineux

    N BN BN.B.N.B.

    Si le modle du Si le modle du musclemuscle 3 composantes rend galement compte du 3 composantes rend galement compte du t t i d tit t i d ti t dit di il t f i til dil t f i til dcomportement mcanique des parties comportement mcanique des parties tendineusestendineuses, il est parfois utile de , il est parfois utile de

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

    Par exemplePar exemple-- chez lanimalchez lanimal, le comportement mcanique de la fibre musculaire , le comportement mcanique de la fibre musculaire

    isole peut tre caractrise en dehors des structures tendineusesisole peut tre caractrise en dehors des structures tendineusespp

    -- chez lhommechez lhomme ((in vivoin vivo),), des mthodes permettent de caractriser des mthodes permettent de caractriser spcifiquementspcifiquementspcifiquement spcifiquement soit soit

    -- la raideur du la raideur du tendontendonsoitsoitsoitsoit

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

  • 2 2 -- Structures lastiques Structures lastiques (ou viscolastiques)(ou viscolastiques)

    2.4 2.4 -- Le systme musculoLe systme musculo--articulairearticulaire

    Niveau hirarchique suprieur au systme musculoNiveau hirarchique suprieur au systme musculo--tendineuxtendineux

    Caractrise galement les Caractrise galement les autres lmentsautres lments de larticulation (ligaments, de larticulation (ligaments, diffrents liquides, peau)diffrents liquides, peau)

    Les proprits dun tel systme peuvent tre caractrisesLes proprits dun tel systme peuvent tre caractrises-- in vivoin vivo

    ti l titi l ti d i ld i l-- sur une articulation sur une articulation pseudo isolepseudo isole

  • 2 2 -- Structures lastiques Structures lastiques (ou viscolastiques)(ou viscolastiques)

    2.4 2.4 -- Le systme musculoLe systme musculo--articulairearticulaire

    Utilisation dun modle qui comporteUtilisation dun modle qui comporte

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

    A la diffrence du modle 3 composantesA la diffrence du modle 3 composantes-- pas de correspondance entre les pas de correspondance entre les lment mcaniqueslment mcaniques (M, K, B) et les (M, K, B) et les

    diffrentesdiffrentes structures musculairesstructures musculaires (tendons tissus conjonctif matriel(tendons tissus conjonctif matriel

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

    diffrentes diffrentes structures musculairesstructures musculaires (tendons, tissus conjonctif, matriel (tendons, tissus conjonctif, matriel contractile)contractile)

    -- il complte le modle classique en dcrivant le comportement du muscle il complte le modle classique en dcrivant le comportement du muscle i di d b fb f (( d ld l ))soumis des soumis des perturbations spcifiquesperturbations spcifiques ((sinusodalessinusodales))

  • 2 2 -- Structures lastiques Structures lastiques (ou viscolastiques)(ou viscolastiques)

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

    Systme musculoSystme musculo--squelettique pris squelettique pris dans sa globalitdans sa globalit

    modle massemodle masse--ressort.ressort.

    Chez lhomme, ce modle permet Chez lhomme, ce modle permet de rendre compte du de rendre compte du comportement du corps ou descomportement du corps ou descomportement du corps ou des comportement du corps ou des membres infrieurs lors membres infrieurs lors

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

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

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

  • 3 3 -- Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 13 1 Raideur tendineuseRaideur tendineuse

    Chez lhomme (in vivo) :Chez lhomme (in vivo) :-- imagerie par ultrasonsimagerie par ultrasons

    3.1 3.1 Raideur tendineuseRaideur tendineuse

    Le sujet doit tre fixe et doit pouvoir Le sujet doit tre fixe et doit pouvoir raliser des contractionsraliser des contractions isomtriquesisomtriques

    g pg p

    raliser des contractions raliser des contractions isomtriquesisomtriquessans mouvement de larticulation sans mouvement de larticulation considreconsidre

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

    d lt S l l t d tid lt S l l t d tidultrasons. Selon la nature des tissus, dultrasons. Selon la nature des tissus, les ondes sont rflchies avec plus ou les ondes sont rflchies avec plus ou moins de puissance.moins de puissance. (Rosager et al., 2002)(Rosager et al., 2002)

  • 3 3 -- Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 13 1 Raideur tendineuseRaideur tendineuse

    Chez lhomme (in vivo) :Chez lhomme (in vivo) :-- imagerie par ultrasonsimagerie par ultrasons

    3.1 3.1 Raideur tendineuseRaideur tendineuse

    Un point caractristique (P) Un point caractristique (P) est repr sur le tendon.est repr sur le tendon.

    g pg p

    pp

    Le dplacement de P Le dplacement de P correspond correspond lallongement (L)lallongement (L)correspond correspond l allongement (L)l allongement (L)des structures du tendondes structures du tendon

    L est mesur pourL est mesur pour diffrentsdiffrentsL est mesur pour L est mesur pour diffrents diffrents niveaux de contractionniveaux de contractionisomtrique.isomtrique. (Kubo et al., 2002)(Kubo et al., 2002)

    La La force exerc sur le tendon (F)force exerc sur le tendon (F) peut tre obtenue partir du couple (C) peut tre obtenue partir du couple (C) dvelopp par le sujet.dvelopp par le sujet.pp p jpp p j

  • 3 3 -- Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 13 1 Raideur tendineuseRaideur tendineuse

    Chez lhomme (in vivo) :Chez lhomme (in vivo) :-- imagerie par ultrasonsimagerie par ultrasons

    3.1 3.1 Raideur tendineuseRaideur tendineuse

    La relation force / dplacement est La relation force / dplacement est trace pour chaque niveau de contractiontrace pour chaque niveau de contraction

    g pg p

    trace pour chaque niveau de contraction trace pour chaque niveau de contraction maintenuemaintenue

    La raideur tendineuse est calcule La raideur tendineuse est calcule partir du partir du rapport F/Lrapport F/L

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

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

    mthode dimagerie par rsonance magntique (mthode dimagerie par rsonance magntique (IRMIRM) est associe.) est associe.

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 23 2 Raideur de la C E PRaideur de la C E P

    Chez lanimal (in vitro)Chez lanimal (in vitro)

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

    Sur Sur muscle isolmuscle isol

    LaLa relation forcerelation force--longueurlongueur passivepassive ::La La relation forcerelation force longueur longueur passivepassive : : s'obtient en plaant le muscle s'obtient en plaant le muscle inactivinactiv diffrentes longueurs et en mesurant diffrentes longueurs et en mesurant pour chacune d'elles la forcepour chacune d'elles la forcepour chacune d elles la force pour chacune d elles la force dveloppe.dveloppe.

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

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

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

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 23 2 Raideur de la C E PRaideur de la C E P

    Chez lhomme (in vivo)Chez lhomme (in vivo)

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

    Relation Relation couplecouple--angle angle

    Sur Sur musclemusclepseudo isolpseudo isol

    pp ggpassifpassif

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

    l'interprtation en termesl'interprtation en termesl'interprtation en termes l'interprtation en termes d'valuation de la CEP doit d'valuation de la CEP doit tre ralise avec prcaution tre ralise avec prcaution (i i i(i i i(in situ, expression (in situ, expression mcanique de la CEP peu mcanique de la CEP peu importante (Goubel, 1992). importante (Goubel, 1992).

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

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)

    Chez lanimal (in vitro)Chez lanimal (in vitro)-- QuickQuick--releaserelease

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

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

    QuickQuick releaserelease-- Controled releaseControled release

    isol(e) est maintenu(e) isol(e) est maintenu(e) dans un tat de contraction dans un tat de contraction une longueur proche de Lune longueur proche de L00g pg p 00(afin dviter lintervention (afin dviter lintervention de la CEP).de la CEP).

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

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

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

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)Chez lanimal (in vitro)Chez lanimal (in vitro)-- QuickQuick--releaserelease

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

    -- Controled releaseControled release

    La mesure des paramtres est effectue immdiatement la fin de la perturbationLa mesure des paramtres est effectue immdiatement la fin de la perturbationLa mesure des paramtres est effectue immdiatement la fin de la perturbation La mesure des paramtres est effectue immdiatement la fin de la perturbation mcaniquemcanique

    afin que seules les proprits de la CES soient prises en compteafin que seules les proprits de la CES soient prises en compteafin que seules les proprits de la CES soient prises en compteafin que seules les proprits de la CES soient prises en compte(avant que la composante contractile, toujours active, nait pu r(avant que la composante contractile, toujours active, nait pu r--tirer la tirer la CES). CES).

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)Chez lanimal (in vitro)Chez lanimal (in vitro)-- QuickQuick--releaserelease

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

    Les courbes sont de nature Les courbes sont de nature exponentiellesexponentielles

    -- Controled releaseControled release

    exponentiellesexponentiellescroissance de la raideur croissance de la raideur

    avec la forceavec la force

    Les paramtres retenus sont:Les paramtres retenus sont:Les paramtres retenus sont:Les paramtres retenus sont:-- la la raideur Praideur P00 (tension lorsque le muscle est sa longueur de repos L(tension lorsque le muscle est sa longueur de repos L00))-- lextension ngative maximale (lextension ngative maximale (LmaxLmax) ncessaire pour annuler la ) ncessaire pour annuler la

    t it itensiontension-- Laire Laire comprise sous la courbe : qui correspond comprise sous la courbe : qui correspond lnergie potentielle lnergie potentielle

    lastique lastique que peut emmagasiner laque peut emmagasiner la CESCES

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)3.3 3.3 Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

    Chez lhomme Chez lhomme

    Les mthodes Les mthodes in vitroin vitro sont adaptes sont adaptes l'tude l'tude in vivoin vivo

    -- le sujet exerce une contraction le sujet exerce une contraction isomtrique sur un bras de levier isomtrique sur un bras de levier i bili bilimmobileimmobile-- l'exprimentateur provoque la l'exprimentateur provoque la variation rapide de tension en variation rapide de tension en dbloquant le bras de levierdbloquant le bras de levier

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)3.3 3.3 Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

    Chez lhomme Chez lhomme

    Les premires millisecondes du Les premires millisecondes du d l d l' bld l d l' bldplacement de l'ensemble dplacement de l'ensemble "membre"membre--bras de levier" bras de levier" dpendent principalement de la dpendent principalement de la restitution d'nergie potentielle restitution d'nergie potentielle emmagasine par la CESemmagasine par la CES lors de lors de son tirement pendant la son tirement pendant la ppcontraction isomtrique initialecontraction isomtrique initiale

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)3.3 3.3 Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

    Chez lhomme Chez lhomme

    Traitement des donnesTraitement des donnes::Traitement des donnesTraitement des donnes::Dans Dans une fentre de 20ms aprs la libration du moteurune fentre de 20ms aprs la libration du moteur

    -- "/"/CisoCiso-- CisoCiso

    KKMTMT = = " / " / IIEn vertu de RFD En vertu de RFD

    M = IM = I ''''M I M I on obtient on obtient la relation classique permettant de caractriser une raideur angulairela relation classique permettant de caractriser une raideur angulaire

    KKMTMT = = M / M /

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 33 3 Raideur musculoRaideur musculo tendineuse (CES)tendineuse (CES)3.3 3.3 Raideur musculoRaideur musculo--tendineuse (CES)tendineuse (CES)

    Chez lhomme Chez lhomme

    NormalisationNormalisation::Lindice de raideur retenuLindice de raideur retenu IRmtIRmtL indice de raideur retenu L indice de raideur retenu IRmtIRmt

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

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

    raideur indpendant du niveau de raideur indpendant du niveau de couple dveloppcouple dvelopp

    -- viter lutilisation du viter lutilisation du couple maximal volontaire (CMV) ou couple maximal volontaire (CMV) ou de la section du muscle pour de la section du muscle pour ppnormaliser la raideur de la CESnormaliser la raideur de la CES

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 43 4 Raideur musculoRaideur musculo articulairearticulaire

    L th d tili lL th d tili l dl K B Idl K B I tt

    3.4 3.4 Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire

    La mthode utilise le La mthode utilise le modle K B I modle K B I et et permet de caractriser les proprits permet de caractriser les proprits viscolastiques du systme musculoviscolastiques du systme musculo--articulaire considrarticulaire considr

    Perturbations sinusodales

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 43 4 Raideur musculoRaideur musculo articulairearticulaire3.4 3.4 Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire

    Principe :Principe :Lergomtre impose des perturbations deLergomtre impose des perturbations deL ergomtre impose des perturbations de L ergomtre impose des perturbations de position de larticulation dansposition de larticulation dans

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

    Les perturbations sont imposes diffrentes frquencesLes perturbations sont imposes diffrentes frquencesLes perturbations sont imposes diffrentes frquencesLes perturbations sont imposes diffrentes frquencesex chez lhomme : de 4 16Hzex chez lhomme : de 4 16Hz

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 43 4 Raideur musculoRaideur musculo articulairearticulaire3.4 3.4 Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire

    Traitement des donnes :Traitement des donnes :

    C

    Sont calculs pour chaque frquence:Sont calculs pour chaque frquence:-- le rapport damplitude entre la le rapport damplitude entre la

    variation de couple et la variation de variation de couple et la variation de 0

    Cpppositionposition

    -- le dphasage de ces deux le dphasage de ces deux signauxsignauxsignauxsignaux

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 43 4 Raideur musculoRaideur musculo articulairearticulaire3.4 3.4 Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire

    Les Les ajustementsajustements montrent que le systme musculomontrent que le systme musculo--articulaire (ici de la articulaire (ici de la cheville) peut tre reprsent par un cheville) peut tre reprsent par un modle de second ordremodle de second ordre do sont extraites les do sont extraites les constantes constantes K, B et IK, B et I qui reprsentent la contribution de la raideur , de la viscosit et qui reprsentent la contribution de la raideur , de la viscosit et ,, q p ,q p ,de linertie au de linertie au couplecouple (C)(C) en rponse la en rponse la perturbation (perturbation ())

    AA

    -5

    0

    (dB

    C

    )C

    ) C C (t)(t) = = II(t)(t) + + BB(t)(t) + + KK(t)(t)

    dB)

    15

    -10

    Com

    plia

    nce

    1010((

    / /

    plia

    nce

    (d

    -20

    -15

    Gai

    n de

    C20

    log

    20 lo

    g11C

    omp

    -251 10 100

    Frquence (Hz)

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 43 4 Raideur musculoRaideur musculo articulairearticulaire3.4 3.4 Raideur musculoRaideur musculo--articulairearticulaire

    NormalisationNormalisation::Lindice de raideur retenuLindice de raideur retenu IRIRMAMA

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

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

    250300350

    400

    m/ra

    d

    100150200

    250

    KMA

    (Nm

    050

    0 20 40 60

    Couple (Nm)

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 53 5 Raideur du systme musculoRaideur du systme musculo squelettiquesquelettique3.5 3.5 Raideur du systme musculoRaideur du systme musculo--squelettiquesquelettique

    Lors de la course ou dune suite de sautsLors de la course ou dune suite de sauts

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

    sont intgres par le SNC sont intgres par le SNC de manire ce que le de manire ce que le systme musculosystme musculo--squelettique globalsquelettique global

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

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 53 5 Raideur du systme musculoRaideur du systme musculo squelettiquesquelettique3.5 3.5 Raideur du systme musculoRaideur du systme musculo--squelettiquesquelettique

    UneUne plateformeplateforme dede forceforce recueillerecueille lesles forcesforces dede ractionraction auau solsol (reflet(reflet desdes forcesforces ll ))exercesexerces parpar lele corps)corps)

    permet de quantifier permet de quantifier p qp qla la raideur des membres infrieursraideur des membres infrieurs

    UneUne analyseanalyse vidovido hautehaute frquencefrquence ((100100 500500 imagesimages parpar secondes)secondes) peutpeut tretreiiassocieassocie..

    ElleElle permetpermet laidelaide dede rflecteursrflecteurs disposdispos sursur lesles axesaxes articulairesarticulaires (cheville,(cheville, genougenouhanche,hanche, paule)paule) dede connatreconnatre lesles positionspositions articulairesarticulaires instantanesinstantanes..

    La synchronisation des donnes cintiques et cinmatiquesLa synchronisation des donnes cintiques et cinmatiquespermet de quantifier permet de quantifier

    la la raideur spcifique de chaque articulationraideur spcifique de chaque articulation

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 53 5 Raideur du systme musculoRaideur du systme musculo squelettiquesquelettique3.5 3.5 Raideur du systme musculoRaideur du systme musculo--squelettiquesquelettique

    La La raideur des membres infrieursraideur des membres infrieurs KKlegleg est est l l l t tl l l t tcalcule par le rapport entrecalcule par le rapport entre

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

    -- le le dplacement maximal dudplacement maximal du CG CG pendant le contact au sol (pendant le contact au sol (L)L)

    (L est obtenue par double intgration du (L est obtenue par double intgration du signal dacclration dduit du signal de signal dacclration dduit du signal de force daprs force daprs F = ma)F = ma)

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

  • 3 3 Mthodes de mesuresMthodes de mesures3 53 5 Raideur du systme musculoRaideur du systme musculo squelettiquesquelettique3.5 3.5 Raideur du systme musculoRaideur du systme musculo--squelettiquesquelettique

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

    -- lele Moment articulaireMoment articulaire ((MMJJ))lele dplacement ang lairedplacement ang laire dede-- le le dplacement angulairedplacement angulaire de de

    larticulation larticulation ((JJ))

    Les Moments articulaires sont obtenus parLes Moments articulaires sont obtenus parLes Moments articulaires sont obtenus par Les Moments articulaires sont obtenus par lutilisationlutilisation

    -- dun chanon rigidedun chanon rigidede modles anthropomtriquesde modles anthropomtriques-- de modles anthropomtriquesde modles anthropomtriques

    -- de lutilisation de la dynamique de lutilisation de la dynamique inverse (Jinverse (J= = M)M)

    Farley et Morgenroth., Farley et Morgenroth., 19991999

    Kuitunen et al..Kuitunen et al..20022002