Littérature scientifique sur le sujet « Cinématique du tronc »

Les plaquettes sont utilisées par de nombreux entraîneurs comme moyen de renforcement musculaire. Aussi nous est-il apparu intéressant d’étudier l’influence de la taille des plaquettes sur les paramètres biomécaniques du crawl. Sept nageurs (quatre garçons et trois filles) ont été testés. Chaque sujet réalisait le même parcours sans matériel et avec des plaquettes de trois tailles différentes (petites, moyennes et grandes). Les activités électriques de cinq muscles du membre supérieur et du tronc ont été enregistrées avec un système télémétrique. Simultanément, des prises de vue sous-marines ont été effectuées. Sur le plan cinématique, nos résultats montrent que l’utilisation et la taille des plaquettes n’influencent pas la décomposition temporelle des différentes phases ni la distance parcourue par la hanche au cours d’un cycle de bras. Sur le plan électromyographique, la hiérarchie des recrutements musculaires reste inchangée quelle que soit la taille des plaquettes. Le biceps brachii demeure le muscle qui a la plus faible activité électrique au cours du cycle de bras, mais il semble que l’utilisation des plaquettes favorise sa sollicitation pendant la phase de traction. De plus, nous n’avons pas observé d’augmentation linéaire de l’activité musculaire avec la taille des plaquettes.

Le but de ce travail de thèse a été d'analyser l'implication du tronc dans la locomotion, notamment sa commande rythmique, afin d'en comprendre les mécanismes de contrôle et les différentes activités segmentaires qui amènent ses mouvements. Ces m´ecanismes peuvent alors être modélisés pour reproduire les différentes synchronisations observées au niveau des activités de chaque segment vertébral considéré. Enfin, cette modélisation permet de spécifier les activités du tronc à observer pour suivre en continu le cycle de marche d'un individu se déplacant. Dans un premier temps nous rappellerons les données de la littérature sur la locomotion, et notamment l'activité du tronc, qui nous ont permis de définir les axes principaux dans lesquels nous allons orienter notre travail. Cet état de l'art nous a notamment amenés à étudier les structures de type ”générateurs de rythme centraux” (Central pattern generator, CPG, en anglais). Dans un second temps nous avons réalisé une série de mesures expérimentales pour analyser de facon systématique et précise l'activité musculaire et cinématique du tronc lors de diverses situations locomotrices (marche, course, bond, pédalage). Ces mesures nous ont permis de mieux comprendre la manière dont le tronc se mettait en mouvement et comment ses activités musculaires et cinématiques, notamment les synchronisations intersegmentaires, évoluaient afin de tirer le meilleur parti des mouvements du haut du corps lors de la locomotion proprement dite. Dans un troisième temps, les résultats obtenus par les mesures d'activités du tronc ayant mis en évidence l'utilité du tronc et les mécanismes de contrôle dans une locomotion efficace, nous avons exploré la modélisation de l'activité du tronc au moyen d'un réseau d'oscillateurs mimant un CPG. Le choix d'un modèle de CPG pour représenter l'activité du tronc fait suite à des considérations phylogénétiques qui semblent indiquer qu'une telle structure pourrait exister chez l'homme. Une des propriétés de ce type de réseaux est leur capacité à exprimer différentes synchronisations sans changer de structure, c'est ce que nous avons appliqué aux observations faites lors de la marche, la course... Une autre propriété de ces réseaux est leur aptitude à se synchroniser avec un signal externe, nous avons donc explor´e diff´erents moyens de commander ce réseau d'oscillateur en phase avec la locomotion, encore une fois à partir de l'activité du tronc, de son accélération pour être plus précis.

Après un accident vasculaire cérébral, le contrôle du mouvement du membre supérieur est altéré. L’objectif principal était d’analyser les rotations articulaires des membres supérieurs de patients hémiparétiques ayant des lésions de l’hémisphère gauche et droit, comparées à celles de sujets valides. Deux études cinématiques ont été effectuées pour enregistrer les rotations du tronc, de l’omoplate, de l’articulation gleno-humérale et du coude pendant des tâches de pointage en 3 dimensions. Les résultats principaux montrent des modifications des rotations articulaires chez les patients du coté contra- et ipsilesional, particulièrement lors d’une lésion gauche. Les résultats suggèrent que l’hémisphère gauche est dominant pour le contrôle des rotations proximales. Les technologies de l’information et la robotique semblent êtres des outils pertinents pour la rééducation de la coordination, pour renforcer des signaux de rétrocontrôle pendant l’apprentissage et accompagner le mouvement. Le deuxième objectif était d’explorer l’utilisation de deux outils potentiels pour la rééducation : un exosquelette robotisé et un système de rétrocontrôle auditif renseignant sur la position et l’orientation de la main. L’étude de l’exosquelette a focalisé sur les interactions homme-robot. La complexité cinématique et dynamique de ces interactions à été mise en évidence ainsi que l’importance d’une évaluation a plusieurs niveaux. Le système auditif n’avait pas le même effet chez les patients ayant des lésions de l’hémisphère droit ou gauche. Ce résultat suggère qu’il est important de considérer le coté de la lésion dans les développements d’outils multi-sensorielles de rééducation

La locomotion résulte de phénomènes posturaux complexes qui nécessitent le fonctionnement intégré des membres antérieurs, postérieurs et du tronc. Le maintien d’un équilibre dynamique durant la propulsion vers l’avant ne peut être réalisé que parce qu’il existe des processus internes de coordination entrez les réseaux nerveux qui commandent la contraction rythmique de ces différents niveaux. Alors que la grande majorité des études sur la locomotion porte sur le fonctionnement des membres postérieurs, notre intérêt s’est focalisé sur le rôle du tronc et l’organisation des réseaux neuronaux spinaux sous-tendant son activité en coordination avec les membres. Trois approches différentes ont été réalisées : (1) cinématique permettant de visualiser dans l’espace les mouvements du rat de sa naissance à l’âge du sevrage ; (2) électrophysiologique sur préparation de moelle épinière isolée in vitro centrée sur les réseaux spinaux responsables de l’activité motrice chez le rat nouveau-né ; (3) électromyographique pour déterminer le patron d’activation des muscles axiaux chez l’homme. Nos résultats montrent qu’au cours du déplacement, le tronc se courbe rythmiquement chez le rat et l’homme. Chez le rat, le développement modifie la sortie motrice en amplitude et en vitesse d’exécution principalement. La courbe du tronc serait due à la propagation séquentielle de l’onde motrice le long de la moelle épinière. Nos données suggèrent également que les réseaux responsables de la propagation métachronale des patrons moteurs au cours de la locomotion correspondent à ceux observés chez les invertébrés ou vertébrés inférieurs et seraient donc conservés à travers l’évolution
Locomotion involves complex synergistic postural regulation requiring the integrated functioning of all the body musculature, including hind- and forelimb, trunk and neck muscles. Dynamic equilibrium during forward locomotion is preserved by internal process of coordination between neuronal that drive rhythmic contraction of this muscles. Although numerous studies have focused on understanding how the CNS controls hindlimb movements, very few studies has been devotes to understanding the functioning of neural networks that activate trunk muscles in coordination with limb movements. To answer approach these question three main approaches have been used. (1) a kinematic approach allowing to visualize from birth to weaning day, the rat movements in a 3-D environment ; (2) an electrophysiological approach on an in vitro isolated spinal cord preparation based on spinal neuronal networks responsible for motor activity in the newborn rat ; (3) an electromyographic approach to determine the pattern of activity of axial movements in human. Our results show that there is a rhythmic sequential change in trunk curvature during the step cycle. In rats, development modifies the amplitude an velocity of the motor output. The trunk bending could be related to the sequential propagation of the motor wave along the spinal cord. Our data suggest that the networks responsible for metachronal propagation of motor patterns during locomotion may correspond to those observed in vertebrates or lower vertebrates, and thus are highly conserved

La majorité des études portant sur la locomotion humaine s'intéressent à la mobilité des membres et à l'activation de leurs muscles. Probablement parce que la plupart des auteurs considèrent le tronc comme une masse inertielle déplacée par les membres inférieurs, les études analysant le mouvement rachidien et l'activité des muscles du tronc lors de la marche demeurent rares. Pourtant, un faisceau d'arguments anatomiques, phylogéniques, expérimentaux et physiopathologiques plaide en faveur de l'importance fonctionnelle des mouvements rachidiens dans la marche. Notre intérêt s'est focalisé sur l'étude des muscles erector spinae qui semblent avoir une responsabilité importante dans la mobilisation rachidienne. Trois approches différentes ont été utilisées : (1) anatomique permettant de souligner l'organisation fonctionnelle des muscles du tronc et de préciser dans quelle mesure une étude électromyographique des muscles erector spinae était possible ; (2) électromyographique visant à décrire le patron des muscles axiaux au cours d'activités motrices rythmiques incluant la marche ; (3) cinématique pour mettre en relation les patrons musculaires observés avec les mouvements du tronc et les contraintes liées aux appuis des membres inférieurs sur le sol,lors de la marche. Nos résultats soulignent l'implication des réseaux neuronaux médullaires dans la genèse des patrons de locomotion chez l'homme. Ils suggèrent la participation des muscles du tronc dans les processus d'adaptation posturale anticipée lors de la déambulation, ainsi que leur rôle dans la genèse des forces développées par le corps humain pour marcher
Majority of studies on human locomotion concerns the kinematic of the legs and the activation of their muscles. Likely because, the most of the authors considers the trunk as an inertial mass moved by legs, there are few studies concerning movements of the trunk and activities of its muscles. Nevertheless, there are several anatomical, phylogenetic and experimental arguments suggesting the functional implication of the trunk in human walking. We focused our works on erector spinae muscles because of their important role in the active mobility of the trunk. Three main approaches have been used : (1) an anatomical approach looking for highlighting the functional role of these muscles and studying the possibility to record the activity of the erector spinae muscles ; (2) an electromyographical approach to determine the pattern of activity of axial muscles during walking ; (3) a kinematical approach to bring to light the relation between the movements of the trunk and the activity of the erector spinae muscles. Our results suggest the functional implication of the movements and of the muscles of the trunk in the genesis of the human walking

Résumé : La lombalgie chronique est une pathologie très courante dans la population générale et 85% des patients atteints de lombalgie chronique restent sans étiologie. Source de handicap, la lombalgie chronique non spécifique (NSCLBP) nécessite pour sa prise en charge de nombreuses ressources de soins et est responsable de lourdes dépenses pour notre système de santé actuel. De nombreux paramètres ont été utilisés pour explorer la NSCLBP et mieux comprendre la physiopathologie de cette pathologie. Parmi les paramètres les plus robustes, les paramètres du phénomène de flexion-relaxation (FRP) se démarquent. Ces derniers explorent la relaxation des muscles paraspinaux lors de la flexion maximale du tronc. Cette relaxation musculaire a été retrouvée comme absente chez certains patients NSCLBP, le FRP étant alors défini comme altéré. Avant d'être pleinement reconnus comme "biomarqueurs", ces paramètres nécessitent une validation approfondie de leurs propriétés psychométriques et une exploration des mécanismes sous-jacents au FRP altéré. Dans cette thèse, nous avons cherché à valider certaines propriétés psychométriques du FRP et à étudier les relations entre le FRP et les paramètres cinématiques des divers segments du rachis. Les résultats de l’ensemble de ce travail de doctorat ont permis de confirmer certaines propriétés psychométriques des paramètres du FRP altéré. Notamment, le Flexion Relaxation Ratio (FRR) s'est avéré fiable, sensible et spécifique à l’altération du FRP chez les patients NSCLBP. Son altération est associée à la cinématique du segment lombaire haut et à l'inclinaison entre les segments lombaires haut et bas. Ces paramètres ont permis d’affiner les caractéristiques de la sous-population de patients NSCLBP au FRP altéré. D’autres études explorant les liens du FRP altéré, notamment sa synergie avec les autres muscles impliqués lors de la flexion du tronc restent à effectuer. Ces études ultérieures permettraient notamment de mieux comprendre la physiopathologie de cette sous-population NSCLBP au FRP altéré
Chronic low back pain (CLBP) is a very common disease in the general population, and 85% of patients with CLBP have no underlying etiology. Source of disability, non-specific chronic low back pain (NSCLBP) requires many care resources for its management and is responsible for considerable costs for our current healthcare system. Many parameters have been used to explore NSCLBP and better understand its pathophysiology. Among the most robust parameters, flexion-relaxation phenomenon (FRP) parameters stand out. These explore the relaxation of the paraspinal muscles during full trunk flexion. This muscular relaxation has been found to be absent in some NSCLBP patients, defining the FRP as altered. Before being fully recognized as "biomarkers", these parameters require in-depth validation of their psychometric properties and exploration of the mechanisms underlying altered FRP. In this thesis, we aimed to validate some of the FRP's psychometric properties, and to explore the links between the FRP and kinematic parameters of different spinal segments. The results of this entire doctoral work confirmed certain psychometric properties of altered FRP parameters. Specifically, the flexion relaxation ratio (FRR) has been shown to be reliable, sensitive, and specific to the alteration of FRP in NSCLBP patients. Its alteration is associated with upper lumbar segment kinematics and inclination between upper and lower lumbar segments. These parameters helped refine the characteristics of the subpopulation of NSCLBP patients with altered FRP. Further studies exploring the links of altered FRP, especially its synergy with other muscles involved during trunk flexion, remain to be explored. Such further studies would, in particular, provide a better understanding of the pathophysiology of this NSCLBP subpopulation with altered FRP

L'objectif de ce travail de thèse est de compléter le diagnostic et le suivi des patients lombalgiques chroniques par l'analyse biomécanique de leurs comportements moteurs lors de la réalisation de différents mouvements du tronc et lors de l'initiation de la marche. Ainsi, afin de participer à l’optimisation de la prise en charge de ce type de patient, trois études sont réalisées.Dans l'étude 1, la comparaison des paramètres cinématiques du tronc entre une population saine et une population de patients lombalgiques chroniques révèle non seulement la présence d’un déconditionnement physique, mais aussi d'un déconditionnement moteur, chez les patients réalisant différents mouvements du tronc à vitesse rapide. Dans l'étude 2, le suivi des patients à court et à long terme après un programme de restauration fonctionnelle du rachis (fin programme, 3 mois, 6 mois et 1 an) montre que ce déconditionnement moteur est résistant au traitement malgré des améliorations importantes au niveau des capacités physiques (souplesse, force, endurance). Dans l'étude 3, l'évaluation spatiotemporelle, cinématique et dynamique de l'initiation de la marche confirme la présence d'un déconditionnement moteur lors de l'initiation de la marche qui est, lui aussi, résistant au programme de restauration fonctionnelle du rachis.En conclusion, ce travail de thèse montre que la résolution du problème croissant de la lombalgie chronique ne consiste pas uniquement en la lutte contre le déconditionnement physique mais, aussi, en la lutte contre le déconditionnement moteur Il est possible que la prise en charge de ce déconditionnement moteur permette d'avoir de meilleurs résultats à long terme favorisant alors le retour des patients à la vie active
The main aim of this PhD thesis is to complete the diagnosis and the monitoring of chronic low back pain patients by analyzing their motor behaviors during different trunk movements and during gait initiation. Then, in order to take part in the optimization of the care proposed to this type of patients, three studies are then conducted.Study 1 shows that, in addition to a physical deconditioning, chronic low back pain patients exhibit a motor deconditioning when asked to move there trunk as fast as possible. In Study 2, short-term and long-term monitorings following a functional restoration program (end of the program, 3 months, 6 months and 1 year) show a preservation of this motor deconditioning in chronic low back pain patients, despite improvements in physical abilities (flexibility, strength, endurance). Study 3 highlights that chronic low back pain affects the motor control during gait initiation and, as observed in Study 2, this motor deconditioning is preserved following functional restoration program.In conclusion, this PhD thesis shows that the resolution of the growing problem of chronic low back pain cannot be reached by only resolving the physical deconditioning but, also, by resolving the motor deconditioning detected within this research work. The reduction or annihilation of this motor deconditioning would allow better long-term results, promoting the return of patients to active life