Approche biomécanique des contraintes musculaires des ischio-jambiers lors de course en sprint maximal : vers la prévention des blessures des muscles ischio-jambiers

Biomechanical approach to hamstring muscle constraints during maximal sprint running : towards hamstring muscles injury prevention

• Auteur / Autrice : Caroline Prince
• Direction : Pierre Samozino, Pascal Edouard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie de la Motricité
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 14/03/2025
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Ingénierie Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interuniversitaire de Biologie de la Motricité
• Jury : Président / Présidente : Jean Benoit Morin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Samozino, Pascal Edouard, Gaël Guilhem, Tania Pizzari, Karsten Hollander
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaël Guilhem, Tania Pizzari

Mots clés

Mots clés libres

Muscles ischio-jambiers

Lésion musculaire

Accélération

Gammes athlétiques

Risque de blessures

Hamstring muscles

Muscle Injury

Sprint acceleration

Sprinting drills

Injury risk

Résumé

Dans la performance d'accélération en sprint, les muscles de la chaîne postérieure, en particulier les ischio-jambiers, jouent un rôle clé. Cependant, le risque de blessure des ischio-jambiers est associé à la course à grande vitesse. Pour réduire ce risque, l'importance de stimuli spécifiques au sprint lors de la phase de retour à la course en rééducation et le maintient de ces stimuli tout au long de la saison a été mis en avant. L'intégration d'exercices utilisés lors des échauffements de sprint a été recommandée, ceux-ci pouvant fournir des stimuli progressifs et spécifiques au sprint. Ce travail de thèse visait à comprendre les contraintes des ischio-jambiers lors des échauffements et des entraînements pour optimiser leur préparation au sprint maximal. Nous avions trois objectifs 1) analyser l'effet de la vitesse pendant une accélération maximale sur les contraintes mécaniques des ischio-jambiers, 2) identifier les exercices spécifiques au sprint les plus fréquemment utilisés, et 3) évaluer les contraintes mécaniques des ischio-jambiers lors de ces exercices spécifiques. Pour répondre à ces objectifs, une première étude a exploré simultanément l'allongement muscle-tendon (MT) des ischio-jambiers et l'activité électromyographique (EMG) pendant une accélération maximale en sprint, ces deux paramètres étant associés aux blessures musculaires. Les principaux résultats montrent des augmentations significatives des pics de d'allongement MT du Biceps Femoris (BF), de l'activité EMG et des contraintes mécaniques du BF avec l'augmentation de la vitesse pendant l'accélération maximale. L'augmentation progressive des contraintes mécaniques du BF avec la vitesse était, dans un premier temps, due à une augmentation de l'allongement MT du BF entre les basses et hautes vitesses, puis à une augmentation de l'activité EMG du BF à vitesse maximale. Cela suggère des contraintes plus importantes sur les muscles ischio-jambiers à la fin de la phase de balancement et à vitesse maximale par rapport à la phase initiale d'accélération. Une deuxième étude visait à identifier les pratiques des athlètes avant un sprint maximal dans une population de pratiquant d'athlétisme. Les résultats principaux montrent que, pour la majorité des athlètes : 1) la préparation comprenait un jogging modéré (pour 95 % des participants), des étirements (pour 78 %), des exercices spécifiques au sprint : drills athlétiques (pour 96 %), des accélérations (pour 100 %) et des sprints à vitesse maximale (pour 77 %) ; 2) les durées d'entraînement et d'échauffement étaient influencées par le niveau de pratique et la discipline athlétique. Une troisième étude a exploré comment les exercices spécifiques au sprint (drills athlétiques) sollicitent le BF en termes d'allongement MT et d'activité EMG isolées, ainsi que les contraintes mécaniques estimées résultantes, et a comparé ces niveaux de contraintes à ceux observés pendant des sprints à intensité maximale. Le principal résultat montre que les pics de d'allongement et d'EMG étaient similaires entre sprint et certains drills. Toutefois, en considérant les pics de contraintes mécaniques (i.e., concomitance de l'EMG et de l'allongement MT), celles-ci étaient significativement plus élevées pendant le sprint que lors des drills. Ainsi, les drills testés ne sollicitent pas les ischio-jambiers de la même manière que le sprint et ne peuvent reproduire les exigences des sprints maximaux. La vitesse maximale en sprint est la condition imposant les contraintes les plus élevées sur les ischio-jambiers, contrairement aux vitesses de sprint inférieures et aux drills athlétiques. Par conséquent, l'exposition à des sprints à haute vitesse semble nécessaire pour reproduire les conditions spécifiques sollicitant les muscles ischio-jambiers. Cependant, les drills athlétiques, avec une activité EMG plus élevée que la plupart des exercices de renforcement, peuvent compléter un protocole de rééducation des ischio-jambiers.

In sprint acceleration performance, the posterior chain muscles, especially the hamstring muscles, play an important role. However, the risk of sustaining a hamstring injury is associated with high-speed running. To mitigate injury risks, the scientific literature has emphasized the need for sprint specific stimuli during the return-to-run phase of rehabilitation and to maintain such stimuli throughout the season. Incorporating exercises commonly performed during sprinting warm-ups were then recommended, anticipating that these exercises could provide gradual and specific sprint stimuli. This PhD aimed to understand hamstring constraints during warm-up and training in order to optimise hamstring preparation for maximal sprinting. We had three objectives 1) understand the effect of velocity during maximal sprint acceleration on hamstring mechanical constraints, related to muscle injury in the biceps femoris muscle, and 2) identify the most frequently used sprint specific exercises, and 3) assess hamstring mechanical constraints during sprint specific exercises. To answer these objectives, a first study explored concomitantly hamstring muscle-tendon (MT) strain and electromyographical (EMG) activity during all-out sprint acceleration, these two parameters being associated with muscle injury. The main findings were significant increases in the peaks of Biceps Femoris (BF) MTstrain, EMG activity and BF mechanical constraints with velocity during maximal sprinting acceleration. The progressive increase in BF mechanical constraints when velocity increases was, at first, due to an increase in BF MTstrain between low and high velocities, and then to an increase in BF EMG activity at maximal velocity. This suggested greater constraints in the hamstring muscles at the end of the swing phase and at maximum velocity compared to the initial acceleration phase. A second study aimed to identify the athlete's practices before maximal sprinting in a population of track and field athletes. The main findings were that, for a majority of athletes, 1) the athletes preparation consisted of moderate jogging (for 95% of the participants), stretching (for 78% of the participants), sprint specific exercises: athletic drills (for 96% of the participants), accelerations and maximum-speed running (for 100% and 77% of the participants, respectively), 2) the training and warm-up duration was influenced by the level of practice and the athletic discipline respectively. A third study aimed to investigate how sprint specific exercises (i.e. athletic drills) expose the BF muscle in terms of MT strain and EMG activity in isolation and resulting estimated mechanical constraints and to compare these aforementioned levels of mechanical constraints to those observed during maximal intensity sprints, with the overall goal to assess their suitability during rehabilitation or injury risk mitigation. The main finding was that when considered in isolation, peaks of BF MT strain and BF EMG were similar between sprint and certain sprint drills. When considering peaks of BF constraints (i.e., the concomitance of BF EMG and MT strain) the BF constraints were significantly higher during sprint running than during sprint drills. When considering the simultaneous occurrence of both factors, the tested drills did not solicit the hamstrings to the same extent as sprinting and cannot replicate the hamstring demand of maximal sprinting. We identified maximal sprinting velocity as the condition that imposes the greatest constraints on the hamstrings, in contrast to lower sprinting velocities and sprint specific athletic drills. Therefore, exposure to high-velocity sprint appears necessary to replicate the specific conditions that constrain the hamstring muscles. However, due to the higher EMG activity observed in athletic drills compared to most rehabilitation strengthening exercises, these sprint specific athletic drills may be complementary in a hamstring rehabilitation protocol.