Organisation posturale de l’initiation de la marche pour l’analyse biomécanique à l’aide d’enregistrements de plate-forme de force
Summary
Cet article décrit le matériel et la méthode développés pour étudier l’organisation posturale de l’initiation à la marche. La méthode est basée sur des enregistrements de plate-forme de force et sur le principe direct de la mécanique pour calculer la cinématique du centre de gravité et du centre de pression.
Abstract
L’initiation à la marche (GI), la phase transitoire entre la posture orthograde et la locomotion à l’état d’équilibre, est une tâche fonctionnelle et un paradigme expérimental classiquement utilisé dans la littérature pour obtenir un aperçu des mécanismes posturaux de base sous-jacents au mouvement du corps et au contrôle de l’équilibre. L’étude de l’IG a également contribué à une meilleure compréhension de la physiopathologie des troubles posturaux chez les participants âgés et neurologiques (p. ex. les patients atteints de la maladie de Parkinson). À ce titre, il est reconnu pour avoir des implications cliniques importantes, notamment en termes de prévention des chutes.
Cet article vise à fournir aux chercheurs, aux cliniciens et aux étudiants de l’enseignement supérieur des informations sur le matériel et la méthode développés pour étudier l’organisation posturale gastro-intestinale via une approche biomécanique. La méthode est basée sur des enregistrements de plate-forme de force et le principe direct de la mécanique pour calculer la cinématique du centre de gravité et du centre de pression. L’interaction entre ces deux points virtuels est un élément clé de cette méthode puisqu’elle détermine les conditions de stabilité et de progression du corps entier. Le protocole implique que le participant se tienne d’abord immobile dans une posture verticale et commence à marcher jusqu’à la fin d’une piste d’au moins 5 m.
Il est recommandé de faire varier la vitesse gastro-intestinale (lente, spontanée, rapide) et le niveau de pression temporelle – la démarche peut être initiée dès que possible après la délivrance d’un signal de départ (niveau élevé de pression temporelle) ou lorsque le participant se sent prêt (faible niveau de pression temporelle). Les paramètres biomécaniques obtenus avec cette méthode (par exemple, la durée et l’amplitude des ajustements posturaux anticipés, la longueur/largeur du pas, la performance et la stabilité) sont définis et leur méthode de calcul est détaillée. En outre, les valeurs typiques obtenues chez les jeunes adultes en bonne santé sont fournies. Enfin, les étapes critiques, les limites et l’importance de la méthode par rapport à la méthode alternative (système de capture de mouvement) sont discutées.
Introduction
L’initiation à la marche (GI), la phase transitoire entre la posture orthograde et la locomotion à l’état d’équilibre, est une tâche fonctionnelle et un paradigme expérimental classiquement utilisé dans la littérature pour étudier le contrôle postural lors d’une tâche motrice complexe nécessitant simultanément une propulsion et une stabilité du corps entier1. Les patients atteints de maladies neurologiques, telles que la maladie de Parkinson2, l’accident vasculaire cérébral3, la paralysie supranucléaire progressive4 et les « troubles de la marche de niveau supérieur»5, sont connus pour avoir de la difficulté à initier la démarche, ce qui les expose à un risque accru de chute. Il est donc important pour les sciences fondamentales et cliniques de développer des concepts et des méthodes pour mieux comprendre les mécanismes de contrôle postural en jeu lors de l’initiation de la marche, d’acquérir des connaissances scientifiques et une meilleure compréhension de la physiopathologie des troubles de la marche et de l’équilibre et d’être en mesure d’y remédier par des interventions adéquates.
Le concept d’organisation biomécanique de l’initiation de la marche est décrit ci-dessous, et la méthode classique conçue pour étudier cette organisation est détaillée dans la section du protocole. L’IG peut être subdivisé en trois phases successives : la phase « ajustements posturaux anticipés » (APA) correspondant aux phénomènes dynamiques intervenant dans l’ensemble du corps avant le basculement du talon, la phase de « déchargement » (entre le talon oscillant et le pied éteint), et la phase de « balancement » qui se termine au moment où le pied oscillant entre en contact avec la surface d’appui. Cette subdivision classique du processus gastro-intestinal provient des études pionnières de Belenkii et al.6 et d’autres7,8, axées sur la coordination entre la posture et le mouvement lors du lever volontaire du bras à l’horizontale dans la posture dressée. Dans ce paradigme, les segments du corps qui sont directement impliqués dans le levage du bras correspondent à la chaîne « focale », tandis que les segments du corps qui s’interposent entre la partie proximale de la chaîne focale et la surface d’appui correspondent à la chaîne « posturale »9. Ces auteurs ont rapporté que le lever du bras était systématiquement précédé de phénomènes dynamiques et électromyographiques dans la chaîne posturale, qu’ils appelaient « ajustements posturaux anticipés ». Pour l’IG, le swing heel-off (ou swing toe-off, selon les auteurs) est considéré comme le début du mouvement de la démarche10. Par conséquent, les phénomènes dynamiques survenant avant cet instant correspondent à l’APA, et le membre oscillant est considéré comme une composante de la chaîne focale11. Cette affirmation est en accord avec la conception classique de l’organisation biomécanique du mouvement, selon laquelle tout acte moteur doit comporter une composante focale et une composante posturale12,13.
D’un point de vue biomécanique, l’APA associé à l’IG se manifeste par un déplacement vers l’arrière et médiolatéral (jambe pivotante orientée latéralement) du centre de pression, qui agit pour propulser le centre de gravité dans la direction opposée – vers l’avant et vers le côté de la jambe de position. Plus le centre anticipatif de déplacement de pression vers l’arrière est grand, plus les performances du moteur sont élevées en termes de vitesse du centre de gravité avant au contact du pied10,14. De plus, en propulsant le centre de gravité vers le côté de la jambe de position, l’APA contribue à maintenir la stabilité médiolatérale pendant la phase de balancement de GI 1,15,16,17. La littérature actuelle souligne que l’altération de ce contrôle anticipé de la stabilité est une source majeure de chutes chez les personnes âgées1. La stabilité pendant l’IG a été quantifiée dans la littérature avec une adaptation de la « marge de stabilité »18, une grandeur qui prend en compte à la fois la vitesse et la position du centre de gravité à l’intérieur de la base de support. En plus du développement de l’APA, la chute du centre de gravité pendant la phase de balancement de l’IG sous l’effet de la gravité a été activement freinée par les triceps surae de la jambe de position. Ce freinage actif facilite le maintien de la stabilité après un contact avec le pied, permettant un atterrissage en douceur sur la surface d’appui4.
L’objectif de cet article est de fournir aux chercheurs, aux cliniciens et aux étudiants de l’enseignement supérieur des informations sur le matériel et la méthode développés dans notre laboratoire pour étudier l’organisation posturale de l’IG via une approche biomécanique. Cette méthode « globale » (qui peut aussi être assimilée à une méthode « cinétique » pour les raisons détaillées ci-dessous) a été initiée par Brenière et ses collaborateurs10,19. Il est basé sur le principe direct de la mécanique pour calculer à la fois l’accélération du centre de gravité, ainsi que les positions instantanées du centre de pression. Chacun de ces points est une expression globale propre au mouvement.
L’un est l’expression instantanée des mouvements de tous les segments du corps liés au but du mouvement (le centre de gravité; par exemple, la vitesse de progression du corps pendant l’IG); L’autre (le centre de pression) est l’expression des conditions de soutien nécessaires pour atteindre cet objectif. Les positions instantanées de ces deux points reflètent les conditions post-uro-dynamiques à remplir pour l’initiation à la marche. La plate-forme de force est l’instrument approprié pour ce modèle car elle permet la mesure directe des forces externes et des moments agissant sur la surface d’appui pendant le mouvement. Il permet également l’exécution de mouvements naturels et ne nécessite aucune préparation particulière.
De nombreux facteurs sont connus pour influencer l’organisation posturale de l’IG, y compris les facteurs biomécaniques, (neuro)physiologiques, psychologiques, environnementaux et cognitifs 1,20. Cet article se concentre sur l’influence de deux facteurs – la vitesse de l’IG et la pression temporelle – et fournit des valeurs typiques obtenues chez les jeunes adultes en bonne santé.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’objectif de cet article était de fournir aux chercheurs, aux cliniciens et aux étudiants de l’enseignement supérieur des informations sur la méthode (la méthode « globale ») utilisée dans notre laboratoire pour étudier l’organisation biomécanique de l’initiation à la marche (GI). Les étapes critiques du protocole, les limites de la méthode et les méthodes et applications alternatives sont discutées ci-dessous.
Une étape critique du protocole est la détection des é…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier l’ANRT et le LADAPT.
Materials
| Force platform(s) | AMTI | One large [120 cm x 60 cm] or two small [60 cm x 40 cm] force platform(s) | |
| Python or Matlab | Python or MathWorks | Programming language for the computation of experimental variables | |
| Qualisys track manage | Qualisys | Software for the synchronization of the force platform(s), the recording and the on-line visualization of raw biomechanical traces (3D forces and moments) | |
| Visual3D | C-Motion Inc | Software for the processing of raw biomechanical traces (low-pass filtering) |
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