Amplitude et variabilité inter- et intra- individuelles des contraintes biomécaniques pendant la course : perspectives de prévention des blessures grâce une meilleure compréhension biomécanique

Inter- and intra-individual amplitude and variability of biomechanical loads during running : towards enhanced biomechanical understanding and injury mitigation perspectives

• Auteur / Autrice : Coline Van Waerbeke
• Direction : Guillaume Rao, Eric Berton, Jacques André
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du Mouvement Humain
• Date : Soutenance le 07/06/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences du mouvement humain (Marseille ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences du Mouvement Etienne Jules Marey (ISM)
• Jury : Président / Présidente : Raphaël Dumas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Rao, Eric Berton, Jacques André, Emilie Simoneau, Laurent Malisoux, Maurice Mohr
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Raphaël Dumas, Emilie Simoneau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomécanique

Sportifs -- Lésions et blessures

Méthode des éléments finis

Course à pied

Mots clés libres

Modélisation musculosquelettique

Forces musculaires

Modélisation par éléments finis

Contraintes internes

Pied

Musculoskeletal modeling

Muscle forces

Finite element method

Internal stress

Foot

Résumé

Les contraintes répétées sur les membres inférieurs lors de la course à pied peuvent mener, si elles sont mal réparties, à des blessures de surutilisation. Une certaine variabilité dans le mouvement est considérée comme bénéfique et fonctionnelle car elle pourrait atténuer les forces subies par les coureurs grâce à une répartition optimale des contraintes entre les tissus. Les études biomécaniques traditionnelles sur la course à pied ont utilisé des mesures périphériques, négligeant les structures anatomiques directement affectées par les chocs et les blessures. Cette thèse vise donc à caractériser la manière dont la variabilité inter- et intra- individuelle de la foulée de course, dans différentes conditions, influence la variabilité et l’amplitude des forces musculaires et des contraintes internes dans le pied. La modélisation biomécanique multi-échelles, incluant la modélisation musculosquelettique et par éléments finis, a été utilisée afin d’estimer les contraintes biomécaniques internes. Notre première étude élargit les connaissances sur la façon dont nos forces musculaires répondent en amplitude et en variabilité à des perturbations telles que le port de charge et la vitesse de course, ouvrant des perspectives intéressantes pour la prévention des blessures ou la rééducation. Dans les études suivantes, nos résultats soulignent que l'amplitude et la variabilité des données extraites directement des mesures expérimentales ne sont pas représentatives des charges biomécaniques internes. La troisième étude a mis en évidence une variabilité significative inter- et intra- individuelle dans la distribution des contraintes internes, soulignant l'importance de prendre en compte cette variabilité dans la modélisation biomécanique afin d’optimiser les programmes d'entraînement, les stratégies de prévention des blessures et la rééducation post-blessure spécifique à chaque athlète.

The lower limbs and feet are subjected to high levels of stress to attenuate the repetitive impacts of running that, if poorly distributed could lead to overuse injuries. A certain amount of variability is thought to be beneficial and functional, as it could attenuate the large forces experienced by runners through a more widespread distribution of stress among tissues. Traditional biomechanical studies have used peripheral measurements to study running biomechanics, while the anatomical structures (muscles, bones) that are directly affected by impact and injury have received little to no interest. This PhD aims to characterize how inter- and intra-individual variability in running stride under different conditions influences the variability and magnitude of muscle forces and internal stresses in the foot. A multiscale biomechanical modeling workflow, including both musculoskeletal and finite element modeling, was used to estimate internal biomechanical loads. The first study extends the knowledge of how our muscle forces respond in amplitude and variability to perturbations such as load carriage and running speed, opening interesting perspectives for injury prevention or reeducation. In the second and third studies, we showed that the amplitude and variability of data extracted directly from experimental measurements are not representative of internal biomechanical loads. In the third study, analysis of multiple running trials revealed significant inter- and intra-individual variability in the distribution of stresses within internal structures, highlighting the importance of accounting for this variability in biomechanical modeling to help fine-tune training programs, injury prevention strategies, and post-injury rehabilitation specific to individual athletes to ensure optimal performance and reduce the likelihood of overuse injuries.