lin´eaire de la raideur de l’ensemble muscle-tendon est obtenue `a partir de mesures des forces actives en condition isom´etrique suivi d’un ´etirement court et rapide de l’ensemble muscle-tendon. `A partir d’un mod`ele lin´eaire de la compliance (inverse de la raideur) de l’ensemble muscle-tendon, une estimation s´epar´ee de la raideur passive du tendon et de la raideur maximale active du muscle est obtenue chez les muscles sol´eaires isol´es de chats.
Cette technique de s´eparation des deux raideurs a ´et´e reprise dans [Cook et McDonagh, 1996] chez l’humain valide au niveau du premier muscle inter- osseux dorsal de la main. Les forces actives sont ´egalement obtenues en condition isom´etrique suivi d’un ´etirement court et rapide de l’ensemble muscle-tendon.
Ces protocoles d’identification des raideurs du muscle-tendon propos´es dans [Morgan, 1977, Cook et McDonagh, 1996] dans le cas du muscle animal isol´e et du muscle humain valide sont cependant tr`es difficiles `a mettre en place pour les patients bless´es m´edullaires car ils impliquent un taux important de fatigue sous une stimula- tion t´etanisante. De plus, le d´eplacement court et rapide pour l’estimation de la raideur pr´esente un risque important pour les patients dont la structure osseuse est souvent fra- gilis´ee par les effets de la blessure m´edullaire.
Dans cette th`ese, nous avons choisi de d´efinir un nouveau protocole exp´erimental d’identification de ces raideurs adapt´e aux patients bless´es m´edullaires. Ce protocole exp´erimental, assurant la s´ecurit´e des patients et tenant compte des sp´ecificit´es du mod`ele que nous utilisons, est d´ecrit dans §3.8.
3.8
D´efinition d’un protocole exp´erimental pour
l’identification
des
param`etres
du
syst`eme
musculosquelettique
`
A partir des hypoth`eses faites pour le mod`ele musculosquelettique d´efini au chapitre 2 et de l’´etat de l’art des protocoles d’identification qui vient d’ˆetre pr´esent´es, nous avons d´efini un protocole complet d’identification qui a ´et´e exploit´e dans le cadre d’une ´
etude men´ee sur dix patients bless´es m´edullaires. Ce protocole exp´erimental ainsi que les r´esultats obtenus feront l’objet du chapitre 4. Mais avant cela, nous r´esumons ce protocole qui est d´efini en cinq ´etapes :
– ´Etape 1 : L’estimation des longueurs, des masses et des inerties des membres. Pour cela, nous avons utilis´e les correspondances anthropom´etriques d´efinies dans [de Leva, 1996] pour l’estimation des longueurs des membres. La formulation g´eom´etrique de la longueur du muscle est obtenue `a partir de l’´equation norma- lis´ee de Hawkins [Hawkins et Hull, 1990] et de l’estimation de la longueur du f´emur `
a partir de [de Leva, 1996] (§3.3). Par contre, cette r`egle ne peut pas ˆetre utilis´ee pour l’estimation des masses et des inerties car elles peuvent ˆetre affect´ees par une r´eduction de la masse musculaire due `a une atrophie musculaire importante chez les bless´es m´edullaires.
– ´Etape 2 : La masse de la jambe ´etant difficile `a obtenir `a partir des correspon- dances anthropom´etriques, et `a cause de la difficult´e d’une mesure s´eparable des deux couples de gravit´e et d’´elasticit´e pour des petits d´eplacements de la jambe [Franken et al., 1993], nous avons opt´e pour le regroupement du couple de gravit´e et d’´elasticit´e [Stein et al., 1996] dans un mˆeme couple. Dans ce protocole, les couples statiques passifs qu’engendre le membre sans stimulation sont mesur´es `a diff´erentes positions articulaires. Ainsi, les effets li´ees au moment d’inertie J et `a la viscosit´e
musculosquelettiques sont nuls. L’inertie du membre et le param`etre de viscosit´e de l’articulation sont obtenues `a partir du test du pendule passif.
– ´Etape 3 : Pour les param`etres de la relation force-longueur active, nous avons choisi une mesure en mode isom´etrique. La mesure en condition isom´etrique de l’´el´ement contractile seul (muscle) ´etant impossible `a r´ealiser, nous avons consid´er´e que la rai- deur de l’´el´ement s´erie (tendon) est infiniment grande par rapport `a celle de l’´el´ement contractile [Durfee et Palmer, 1994, Riener et Quintern, 1997, Chang et al., 1999, Sapio et al., 2005]. Pour cela, nous avons appliqu´e au muscle des stimulations large- ment inf´erieures `a la stimulation maximale, ce qui conduit `a une raideur active du muscle nettement inf´erieure `a celle du tendon, mais permet toutefois d’identifier la relation force-longueur normalis´ee suppos´ee ind´ependante du niveau d’activation. L’hypoth`ese d’une raideur infinie de l’´el´ement s´erie est temporaire et li´ee `a l’´etape d’identification des param`etres de la relation force-longueur. Ainsi, l’´el´ement s´erie reste pr´esent dans le mod`ele m´ecanique du muscle expos´e au §2.5 et n’est pas rem- plac´e par un ´el´ement rigide comme dans [Durfee et Palmer, 1994]. La relation force- longueur active de l’´el´ement contractile peut ˆetre exprim´ee en fonction des longueurs du muscle-tendon en se basant sur :
1. l’hypoth`ese de la raideur infinie de l’´el´ement s´erie, en reportant le changement de la longueur du muscle-tendon sur la longueur du muscle,
2. la proportion physiologiques entre la longueur de repos de l’´el´ements contractile et celle du muscle-tendon, extraites des donn´ees de la litt´erature [Delp, 1990]. Les forces contractiles actives sont ´egales aux forces d´evelopp´ees par le muscle-tendon (Eq. 2.12), et peuvent ˆetre directement d´eduites des couples mesur´es `a travers un bras de levier constant.
Les longueurs du muscle-tendon sont obtenues `a partir des angles articulaires en utilisant les estimations anthropom´etriques (§3.3).
– ´Etape 4 : Pour les param`etres P Wth, c1, c2 et c3 de la fonction de recrutement (Eq.
2.7), nous avons ´egalement opt´e pour une mesure en mode isom´etrique.
Afin d’´eviter l’interaction entre le mod`ele dynamique du muscle et le mod`ele statique de la fonction de recrutement, nous exploitons les mesures des couples obtenues `a l’´etat d’´equilibre lors de stimulation croissante par pallier. Bien que la fonction de recrutement soit ind´ependante de la longueur du muscle et donc de la position arti- culaire, nous avons choisi la position dite optimale qui correspond `a la position pour laquelle la force est maximale, obtenue lors du protocole d’identification pr´ec´edent. – ´Etape 5 : Pour les param`etres m´ecaniques du muscle, nous avons utilis´e des me- sures obtenues en mode isom´etriques pour l’estimation de Fcm et Kcm ainsi que des
mesures obtenues en mode dynamique pour l’estimation de ks.
Fcm est estim´ee `a partir de la zone de saturation de la fonction de recrutement
identifi´ee qui correspond au recrutement de toutes les unit´es motrices.
Kcm est estim´ee `a partir de Fcm de fa¸con proportionnelle selon l’´equation (2.20).
La raideur de l’´el´ement s´erie ks est estim´ee `a partir des mesures articulaires en
mode dynamique de la jambe engendr´ees par la stimulation du muscle quadriceps. Ce protocole, jamais utilis´e, `a notre connaissance, pour l’identification de la raideur de l’´el´ement s´erie est notre premi`ere contribution. Il tient compte des contraintes de la fragilit´e osseuse chez les bless´es m´edullaires et r´eduit les risques li´es `a la contrainte m´ecanique du mode isom´etrique `a des niveaux de stimulation ´elev´es.
Les r´esultats de l’application de ce protocole et de la validation crois´ee appliqu´e chez le bless´e m´edullaire ont fait l’objet d’une publication [Benoussaad et al., 2009b] dans 31st