4.2 Application : longueur et vitesse d’allongement du rectus femoris “vir-
4.3.2 Application : interprétation des données cliniques relatives au
La spasticité des ischio-jambiers (IJ) et les rétractions qui en découlent sont des troubles fréquemment rencontrés chez les enfants IMC [135]. Ces perturbations peuvent entraîner des boiteries de type “crouch gait” caractérisées par une attitude de marche accroupie. Pour évaluer l’extensibilité et la spasticité des IJ, deux tests cliniques sont couramment utilisés :
– la mesure de l’angle poplité.
Celle-ci est effectuée à différentes vitesses V1, V2, V3, respectivement les vi- tesses lente, moyenne et rapide. V1 permet de définir l’extensibilité des ischio- jambiers et V3 conformément aux recommandations de Tardieu, permet d’éva- luer l’effet de la vitesse sur l’expression de la spasticité.
– la mesure de l’angle résultant de la manoeuvre de Lasègue.
Ce test, initialement décrit comme signe diagnostique de la sciatique par son au- teur, est également utilisé pour évaluer l’extensibilité des muscles du plan posté- rieur en dehors de tout contexte d’inflammation radiculaire. On le qualifie alors d’élévation jambe tendue ou Straight Leg Raising (SLR). Il évalue l’extensibilité des ischio-jambiers si la cheville est laissée libre [74, 120, 182, 80].
Les ischios-jambiers, et en particulier les ischio-jambiers internes, ont fait l’objet de multiples investigations pour évaluer l’implication de leur spasticité et/ou de leur ré- traction sur la marche. Presque tous les enfants IMC présentent des troubles du tonus voire des rétractions des ischio-jambiers, mais tous ne présentent pas forcément des anomalies de marche en crouch gait. Par ailleurs, des études par modélisation mus- culosquelettique ont montré que la marche accroupie n’était pas forcément liée à un déficit de longueur fonctionnelle des ischio-jambiers ou à un déficit de vitesse d’allon- gement maximale lors de la marche [53]. Dans la continuité de ces résultats, Arnold et al. ont montré qu’il était déterminant de vérifier que la longueur fonctionnelle des ischio-jambiers était inférieure à la normale lors de la marche avant d’envisager une chirurgie d’allongement [9, 8]. Pouvoir prédire la longueur des ischio-jambiers lors de la marche, à partir de bilan goniométrique, serait dès lors un apport fort à l’examen clinique.
Mais avant d’aborder cette question de la prédictivité de la longueur musculaire fonctionnelle à partir des données goniométriques, revenons sur les limites connues de l’évaluation clinique de l’extensibilité et de la spasticité des ischio-jambiers.
La question de la validité des mesures cliniques a été largement discutée quant à sa reproductibilité inter et intra-observateurs [120, 2, 163, 114]. Les conclusions portées par Ten Berge et al. [163] sont que la mesure de l’angle poplité ne présente pas de
différence significative si elle est faite par une évaluation visuelle ou goniométrique. De plus, ils ont montré que la reproductibilité intra-observateur était inférieure lors de l’évaluation d’IMC à celle mesurée chez des sujets sains, tout en restant accep- table. La reproductibilité inter-observateurs est reconnue comme la plus faible. Ainsi, ces auteurs recommandent de ne pas se contenter de ce seul paramètre. Les mêmes conclusions sont posées par Mutlu et al. [120] à propos du test de Lasègue. Le pro- blème de la reproductibilité est un problème bien connu, c’est pourquoi de nombreuses propositions de standardisation ont été faites [172], de même qu’il est recommandé de vérifier les mesures d’angle poplité sous anesthésie en préopératoire [116]. Pour ce qui est de l’évaluation de la spasticité, différentes cotations existent et ont été validées (Tardieu, Ashworth et Ashworth modifié sont les plus rependues), elles sont cepen- dant toujours réalisées sur la base de la mesure de l’angle poplité en effectuant le mouvement à des vitesses plus rapides que lors de la simple mesure d’extensibilité. Remarquons néanmoins que la spasticité s’exprime de façon variable pour un même sujet et que son expression dépend notamment de la position du sujet : couché, debout ou autre. Il a d’ailleurs était proposé de réaliser cette évaluation de la spasticité en po- sition semi-assise pour se rapprocher des conditions d’expression de la spasticité des ischio-jambiers lors de la marche [181].
Les mesures goniométriques d’angle poplité et de Lasègue ont donc été largement étudiées. Cependant la sensibilité des deux tests n’a pas été évaluée en ce qui concerne les longueurs musculaires. De plus, savoir si un de ces tests cliniques permet de prédire la longueur musculaire lors de la marche demeure une question sans réponse.
C’est pourquoi, pour savoir quel test clinique choisir, et comment l’interpréter pour savoir notamment si les rétractions et/ou la spasticité mesurée cliniquement sont à l’origine de la boiterie, il faut au préalable déterminer :
– si les mesures cliniques obtenues avec les différents tests sont équivalentes pour caractériser la longueur maximale des ischio-jambiers ;
– si ces tests permettent de différentier les sujets ayant des ischio-jambiers fonc- tionnellement courts, des autres ;
– si pour chaque test la rétraction des ischio-jambiers mesurée cliniquement est représentative de leur allongement maximal lors de la marche ;
– si la spasticité des ischio-jambiers mesurée cliniquement par angle poplité est représentative de leur allongement maximal lors de la marche.
Pour répondre à ces questions, l’expérimentation suivante a été mise en place.
Population totale 100 enfants IMC d’un âge moyen de 11.6 ans ont participé à cette étude. Les mesures d’angle poplité à V1 et V3 ainsi que les mesures de l’angle de Lasègue ont été effectuées pour chacun de leurs membres inférieurs. Les examens cliniques ont été faits par deux médecins de médecine physique et de rééducation ex- périmentés.
Sous-populations 36 de ces enfants ont eu des examens d’analyse de la marche avec une modélisation musculosquelettique adaptée à leur géométrie osseuse. Pour chacun de leurs membres inférieurs, le calcul par simulation des longueurs cliniques du semitendineux a été réalisé à partir des valeurs d’angle poplité à V1 et à V3, mais aussi à partir des mesures de Lasègue comme présentées en 4.3.1. De même, la lon- gueur d’allongement maximale moyenne de ce muscle a été calculée sur l’ensemble des cycles de marche de chaque patient. Les longueurs ainsi obtenues ont été normali- sées par la longueur de ce même muscle en position anatomique de référence simulée. Nous avons donc pour les mesures angulaires 3 conditions de mesure et 4 conditions de mesure pour les longueurs musculaires. La population étudiée a été divisée en deux groupes : le groupe 1 comprend les membres inférieurs ayant des semitendineux non courts à la marche et le groupe 2 comprend les membres inférieurs ayant des semitendi- neux courts à la marche. Le critère de brièveté des semitendineux a été que la longueur maximale à la marche était inférieure à celle de la moyenne moins deux écart-types des longueurs maximales normalisées de la marche d’une population de 14 sujets normaux évalués avec le même protocole [8, 9].
Différents tests statistiques ont été utilisés pour analyser ces données. Des tests de Pearson ont permis de tester l’éventuelle corrélation entre les mesures angulaires. Pour les longueurs musculaires, l’homocédatiscité des données a été vérifiée permet- tant ainsi l’utilisation d’une anova à mesures répétées pour évaluer l’effet de la condi- tion de mesure. Des t-tests pour mesures appariées ont ensuite été calculés pour préci- ser les éventuelles différences significatives entre les conditions de mesure.
Résultats
Nous présenterons d’abord les résultats des bilans angulaires de la population to- tale, puis ceux relatifs à la sous-population pour laquelle les simulations de longueur musculaire ont été effectuées.
– Population totale :
La population évaluée comprend 200 membres inférieurs. Le tableau 4.4 présente les amplitudes angulaires mesurées avec les trois tests. Les coefficients de corrélation entre les différents tests sont présentés dans le tableau 4.5.
Angle poplité V1 Angle poplité V3 Lasègue
Moyenne 29.6 14.6 38.2
Écart-type 17.2 17.6 12.7
Maximum 70 70 80
Minimum -10 -20 10
TAB. 4.4 – Amplitudes angulaires mesurées par angle poplité à V1 et V3 et par Lasègue
sur 200 membres inférieurs.
Angle poplité V1 Angle poplité V3 Lasègue
Angle poplité V1 1
Angle poplité V3 0.79 1
Lasègue 0.45 0.49 1
TAB. 4.5 – Corrélations de Pearson entre les différents tests d’amplitude angulaire
mesurées sur 200 membres inférieurs. – Sous-populations :
Parmi les 72 membres inférieurs évalués le groupe 1 en comprend 42 et le groupe 2, 29. Un membre inférieur a été exclu car il ne présentait ni déficit d’extensibilité (son angle poplité à V1 était égal à 70°), ni spasticité (son angle poplité à V3 était égal à 70°). Les amplitudes angulaires mesurées pour chacun des groupes sont présentées dans le tableau 4.6. Des tests de Student appariés montrent qu’il existe une différence significative entre le groupe 1 et le groupe 2 pour la mesure par angle poplité à V1 (F=4.53 ; p<0.05), une différence significative entre le groupe 1 et le groupe 2 pour la mesure par angle poplité à V3 (F=5.65 ; p<0.05) et pas de différence significative entre le groupe 1 et le groupe 2 pour la mesure par Lasègue (F=0.89 ; p<0.05).
Les longueurs musculaires normalisées sont représentées pour les trois types de bilans goniométriques en fonction de leurs valeurs angulaires correspondantes sur la figure 4.21. Sur cette même figure est représentée la simulation de la longueur du semitendineux de 0 à 90° pour le test de l’angle poplité et le test de Lasègue chez un sujet.
La significativité des différences entre les mesures des longueurs musculaires ef- fectuées à partir des mesures goniométriques et celles des longueurs maximales à la marche est présentée dans le tableau 4.7.
Discussion
Avant de discuter les résultats que nous venons de présenter, il apparaît nécessaire de rappeler que les mesures cliniques qui ont servi à cette étude sont assujetties aux mêmes incertitudes que celles que nous avons évoquées dans l’introduction. Ainsi les corrélations et les similitudes entre les différentes longueurs musculaires que nous al-
FIG. 4.21 – Longueurs musculaires normalisées. En haut à gauche les données du
groupe 1 et du groupe 2 sont représentées ainsi que la simulation de la longueur du semitendineux de 0 à 90° pour le test de l’angle poplité et le test de Lasègue. En bas à gauche, les données relatives au groupe 1. En bas à droite celles du groupe 2. Des tests de Student appariés montrent qu’il existe une différence significative entre le groupe 1 et le groupe 2 pour la mesure par angle poplité à V1 (F=4.53 ; p<0.05), une différence significative entre le groupe 1 et le groupe 2 pour la mesure par angle poplité à V3 (F=5.65 ; p<0.05) et pas de différence significative entre le groupe 1 et le groupe 2 pour la mesure par Lasègue (F=0.89 ; p<0.05).
Groupe 1 et 2 (n=71)
Angle poplité V1 Angle poplité V3 Lasègue
Moyenne 30.4 12.7 38.5
Écart-type 15.4 16.8 10.7
Maximum 70 60 60
Minimum 0 -20 20
Groupe 1 (n=42)
Angle poplité V1 Angle poplité V3 Lasègue
Moyenne 33.6 16.5 39.5
Écart-type 16.0 17.9 10.4
Maximum 70 60 60
Minimum 0 -15 20
Groupe 2 (n=29)
Angle poplité V1 Angle poplité V3 Lasègue
Moyenne 25.9 7.2 37.1
Écart-type 13.4 13.4 11.2
Maximum 50 30 60
Minimum 0 -20 20
TAB. 4.6 – Amplitudes angulaires mesurées par angle poplité à V1 et V3 et par Lasègue
pour le groupe 1 le groupe 2 et les deux.
Groupe 1 et 2 (n=71)
L max marche L AP V1 L AP V3 L Lass
Moyenne 0.425 0.445 0.425 0.428
Écart-type 0.066 0.066 0.061 0.063
t-test p<0.05 p=0.8 p=0.19
Groupe 1 (n=42)
L max marche L AP V1 L AP V3 L Lass
Moyenne 0.441 0.458 0.439 0.438
Écart-type 0.063 0.063 0.059 0.061
t-test p<0.05 p=0.39 p=0.15
Groupe 2 (n=29)
L max marche L AP V1 L AP V3 L Lass
Moyenne 0.402 0.426 0.405 0.412
Écart-type 0.064 0.066 0.060 0.063
t-test p<0.05 p=0.38 p<0.05
TAB. 4.7 – Longueurs maximales durant la marche et longueurs musculaires mesurées
par angle poplité à V1 et V3 et par Lasègue pour le groupe 1 le groupe 2 et les deux. La probabilité que les longueurs mesurées avec les tests cliniques soient égales à la longueur maximale durant la marche sont données dans la ligne t-test.
lons discuter ci-après comprennent l’effet de ces incertitudes.
Les résultats à propos de la comparaison des angles mesurés avec les trois tests AP V1, AP V3 et SLR sont instructifs. On constate une bonne corrélation (r=0.79) entre les mesures d’angle poplité à V1 et à V3. La mesure moyenne à V1 est de 29.6°±17.2, et celle à V3 est de 14.6°±17.6. La spasticité entraîne donc une quinzaine de degrés de variation sur ce test. La corrélation passable entre le test de Lasègue et les deux autres démontre que ce test ne mesure pas strictement la même chose que les deux premiers sus-cités. Ce résultat n’a, à notre connaissance jamais été mis en évidence et montre que deux tests censés mesurer l’extensibilité des ischio-jambiers ne sont en réalité pas à même d’identifier la même grandeur physique. La cause peut être liée à une incertitude de mesure différente entre les deux tests ou au fait qu’ils ne mesurent pas la même réalité géométrique ou physiologique. Ces résultats sont confortés par les simulations de longueur en fonction des grandeurs angulaires réalisées pour chaque test de 0 à 90° chez un même patient. On constate sur la figure 4.21 que lors du test de Lasègue, la longueur des ischio-jambiers varie linéairement en fonction de l’angle de flexion de hanche. La mesure de l’angle poplité montre pour sa part une linéarité angle vs longueur de 0 à 40° mais au-delà, la longueur varie de moins en moins vite par rapport à l’angulation du genou. Cette mise en évidence géométrique de la non linéarité entre l’angle poplité et la longueur des ischio-jambiers met en question l’utilisation de ce test pour évaluer les variations d’extensibilité des ischio-jambiers chez un même sujet au cours du temps.
La mesure de la longueur des ischio-jambiers lors de la marche a permis de diffé- rencier deux groupes, le premier regroupe les sujets n’ayant pas de déficit de longueur à la marche, le second au contraire comprend les sujets ayant des ischio-jambiers courts lors de la marche. L’ensemble des sujets des deux groupes présentaient une hypoexten- sibilité clinique et/ou une spasticité. Cependant, les sujets du groupe 1 ne présentent pas de déficit de longueur à la marche ce qui rejette l’indication d’une chirurgie d’al- longement, conformément aux recommandations issues des travaux de Arnold et al. [8, 9]. La comparaison entre les mesures de longueur musculaire durant la marche et celles établies avec les mesures goniométiques montre que la longueur calculée à par- tir de la valeur angulaire mesurée par angle poplité à V3 ne présente pas de différence significative avec la longueur maximale lors de la marche et ce, pour les deux groupes. La longueur évaluée par angle poplité à V3 correspond à la longueur fonctionnelle des ischio-jambiers lors de la marche. Par ailleurs, les résultats obtenus avec ce test pour le goupe 1 et le groupe 2 sont significativement différents avec, pour le groupe 1 une moyenne de 16.5°±17.9 et pour le groupe 2, une moyenne de 7.2°±13.4. La longueur évaluée par angle poplité à V3 permet donc d’apprécier la longueur fonctionnelle des
ischio-jambiers lors de la marche et de différencier les sujets du groupe 1 de ceux du groupe 2. C’est donc un test qui peut permettre de différencier les sujets présentant un déficit de longueur fonctionnelle des ischio-jambiers lors de la marche de ceux ayant une longueur fonctionnelle normale. Nous recommandons donc ce test pour contribuer à la décision d’allongement chirurgical.
Réaliser la mesure de l’angle poplité à V1 et à V3 permet de mettre en évidence la présence de spasticité en cas de différence. L’angle poplité à V1 autant que le test de Lasègue permettent d’apprécier une hypoextensibilité des ischio-jambiers. Néan- moins seul le test de Lasègue présente une relation linéaire angle-longueur, ce qui le prédispose à quantifier les variations d’hypoextensibilité au cours du temps. Enfin, l’évaluation de la spasticité par l’angle poplité à V3 est représentative de la longueur fonctionnelle à la marche des ischio-jambiers, que celle-ci soit normale ou courte, lors de la marche chez les enfants IMC spastiques.
Conclusion
Les mesures goniométriques de l’extensibilité et de la spasticité des ischio-jambiers sont soumises à des incertitudes qui invitent à la prudence et nécessitent de faire appel à des examens complémentaires tels que l’analyse de la marche pour poser des indica- tions chirurgicales. Nous avons néanmoins montré que le test de Lasègue présente une relation linéaire angle-longueur favorable à la quantification des variations d’hypoex- tensibilité liées aux traitements ou à d’autres facteurs. De plus, il apparaît que l’évalua- tion de la spasticité à V3 par l’angle poplité est prédictive de la longueur fonctionnelle des ischio-jambiers durant la marche chez les IMC spastiques. Ce test est donc plus qu’un moyen de quantifier la spasticité, il apporte une contribution au diagnostic et à la décision chirurgicale dans le traitement de la marche accroupie ou “crouch gait” causée par des ischio-jambiers fonctionnellement courts lors de la marche.
Modèle dynamique
5.1
Introduction et objectif
Connaître les forces musculaires et leurs actions sur le corps ainsi que les forces intra-articulaires peut contribuer à améliorer la compréhension du système sensorimo- teur organisant le mouvement, mais aussi à aider aux diagnostics et aux traitements des personnes souffrant de troubles locomoteurs. Le mouvement humain est éminem- ment complexe, et son étude fait l’objet de multiples approches scientifiques dans les domaines de la physiologie, des neurosciences et bien entendu de la biomécanique. L’étude de la production de force par les muscles est au carrefour de la physiologie musculaire, de la neuro-physiologie et de la mécanique. Nous ne développerons pas ici les concepts neuro-moteurs de la commande musculaire même si, comme nous le verrons plus tard, ce point ne peut pas être éludé dans l’approche globale de notre objectif. En revanche, nous présenterons succinctement les principes physiologiques sous-jacents à la contraction musculaire et la complexité de la modélisation méca- nique du muscle isolé, ainsi que les méthodes de détermination des forces musculaires et des réactions articulaires décrites dans la littérature. Puis nous envisagerons cette question avec l’objectif de son application au mouvement perturbé et en particulier à celui de la marche des enfants IMC. Enfin nous dégagerons des pistes de travail avec notamment la question de la sensibilité de ces calculs aux modifications de modèle géométrique. Les résultats, obtenus à partir du modèle dynamique mis en place, seront comparés aux signaux EMG d’une part, et aux données de la littérature chez le sujet sain, d’autre part. La sensibilité de ce modèle sera ensuite évaluée vis-à-vis d’une mo- dification de la torsion fémorale et de la modélisation ou non du transfert du rectus femoris en post-opératoire.