Étude de l’effet des rétractions musculaires sur la marche humaine

Study of the effect of muscle contractures on human walking

• Auteur / Autrice : Michael Attias
• Direction : Laurence Chèze, Stéphane Armand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique clinique
• Date : Soutenance le 16/10/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs
• Jury : Président / Présidente : Thierry Haumont
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emilie Hutin, Geraldo de Coulon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Detrembleur, Frédéric Marin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Muscles

Cinématique

Exosquelette

Marche (locomotion)

Mots clés libres

Rétraction

Marche

Exosquelette

Simulation

Cinématiques

Contracture

Gait

Exoskeleton

Simulation

Kinematics

Résumé

Etre capable de marcher sans ressentir de douleur, fatigue ou autres altérations est considéré comme une priorité pour les activités quotidiennes et est étroitement lié à la qualité de vie de chacun. De nombreuses atteintes du système neuro-musculo-squelettique peuvent engendrer des altérations de la marche. Une compréhension précise de ces altérations est nécessaire pour optimiser les stratégies thérapeutiques. Parmi ces atteintes, la rétraction musculaire est l'une des plus fréquentes. Elle correspond à un raccourcissement permanent du complexe musculotendineux limitant ainsi la mobilité des articulations. Elle est impliquée dans de nombreuses pathologies (paralysie cérébrale, hémiplégie, pieds bots, brûlures, etc.) L'objectif global de ce travail de thèse était d'étudier les effets des rétractions sur la marche humaine. Pour cela, un dispositif permettant d'émuler des rétractions a été mis en place et évalué. Ce dispositif est composé d'un exosquelette et de cordes permettant de limiter les amplitudes articulaires, simulant ainsi la rétraction des principaux muscles des membres inférieurs atteints par cette pathologie. Grâce à ce dispositif, l'effet des rétractions des muscles a été analysé. Des rétractions isolées ont été émulées sur 35 participants unilatéralement et bilatéralement et une analyse quantifiée de la marche a été réalisée. Les patterns cinématiques obtenus sur chaque articulation ont été ensuite utilisés pour analyser les liens entre altérations de marche et rétractions musculaires. Il a été montré que la rétraction des gastrocnemius peut provoquer un pattern de marche genoux fléchis, alors qu'une rétraction du soleus montre peu de modifications de la cinématique du genou. De plus, le lien entre la sévérité de la rétraction des gastrocnemius / soleus et la progression de la marche digitigrade (augmentation de la flexion plantaire pendant la marche) n'est pas linéaire. La marche «genoux fléchis» peut être causée par les rétractions des ilio-psoas, ischio-jambiers et gastrocnemius. Des patterns cinématiques particuliers ont été identifiées en lien avec les muscles responsables de la marche «genoux fléchis». Il a été également montré que les rétractions des muscles du membre inférieur ont des effets importants spécifiques sur la position moyenne du tronc et du bassin dans le plan sagittal. Derrière son objectif scientifique, les résultats obtenus dans ce projet ont le potentiel d'améliorer le choix des stratégies de traitement et donc d'avoir un impact sur la qualité de vie des patients

Preserving or restoring the ability to walk without pain, fatigue or any gait alterations is considered a priority for activities of daily living and is closely related to quality of life. Numerous alterations of the neuro-musculo-skeletal system lead to gait deviations. To treat these alterations, a precise understanding of gait deviations is required. For patients with gait disorders, instrumented gait analysis can be performed to measure precisely the gait deviations. Among the varied causes of gait alterations, one of the most frequent is contractures that affect numerous pathologies. It corresponds to a permanent shortening of a musculo-tendinous complex limiting the mobility of the joints. It is involved in many pathologies (cerebral palsy, stroke, clubfoot, burns, etc.) The global objective of this thesis was to study the effects of contractures on human walking. For this purpose, a device for emulating contractures has been built and evaluated. This device consists of an exoskeleton and ropes to limit joint range of motion of the major lower limb muscles affected by contractures. With this device, the effect of contractures of the musculo-tendinous complex was analysed. Isolated contractures were emulated on 36 participants unilaterally and bilaterally and an instrumented gait analysis was performed. The kinematic patterns obtained for each joint were then used to link kinematic gait alterations with muscle contractures. It has been shown that contracture of gastrocnemius can cause a knee flexion pattern, while a contracture of the soleus shows moderate changes in knee kinematics. Moreover, the relationship between the level of contracture of gastrocnemius / soleus and the progression of the equinus gait (increase in plantar flexion during walking) is not linear. «Knee flexion» gait pattern may be caused by the contractures of the iliopsoas, hamstrings and gastrocnemius. Particular kinematic patterns have been identified in relation to the muscles responsible to the «knee flexion» gait pattern. It has also been shown that retractions of the muscles of the lower limb have important specific effects on the mean position of the trunk and pelvis in the sagittal plane. Behind the scientific objective, the results of this project have the potential to improve the choice of treatment strategies and therefore to have an impact on patient’s quality of life