PHASE D’OSCILLATION : Caractéristiques cinématiques et musculaires

La phase d’oscillation est le temps allant du décollement des orteils (toe-off) au contact du talon au sol du pied (heel-strike). Cette phase permet l’avancée du membre oscillant sans qu’il y ait contact avec le sol. Perry (1992), y distingue trois temps :

Figure 17.Longueur du pas (Step) et longueur d’enjambée (Stride), (d’après Perry, 1992).

41 1. La phase de début d’oscillation (60 à 73% du cycle de marche, Figure 18a) correspondant au premier tiers de la phase d’oscillation. Elle débute avec le décollement des orteils et se termine quand le pied dépasse le pied controlatéral. Elle correspond à l’essentiel de la flexion active de hanche et à la flexion passive du genou. 2. La phase de milieu d’oscillation (73 à 86% du cycle de marche, Figure 18b) correspondant au deuxième tiers de la phase d’oscillation. Elle se termine quand le tibia est vertical. Elle correspond à la première moitié de la réextension active du genou.

3. La phase de fin d’oscillation (86 à 100% du cycle de marche, Figure 18c) correspondant au troisième tiers de la phase d’oscillation. Elle se termine lorsque le pied entre à nouveau en contact avec le sol.

Caractéristiques cinématiques

La réalisation de la phase d’oscillation requiert certaines spécificités physiques : le pied doit être transporté en avant et le membre inférieur doit se raccourcir suffisamment pour permettre au pied oscillant de ne pas toucher le sol.

42 Les caractéristiques cinématiques permettant ces tâches

sont : la flexion active de la hanche dans la première partie de la phase d’oscillation ; la flexion essentiellement passive du genou le long du premier quart de la phase d’oscillation, puis son extension jusqu’à avant l’attaque du talon au sol ; la flexion dorsale de la cheville qui commence juste après le décollement des orteils, atteignant son pic maximal au milieu de la phase d’oscillation. Cette position est maintenue au cours du reste de la phase d’oscillation (Figure 19).

La séquence temporelle de ces caractéristiques cinématiques chez le sujet sain semble être invariante (Winter, 1991) ; elle reflète peut-être la précision nécessaire pour balancer le pied à travers des vitesses élevées et passer à moins de quelques centimètres du sol.

Caractéristiques musculaires de la phase d’oscillation

Contrairement à la phase d’appui qui est caractérisée par une activité musculaire très prononcée, le travail musculaire lors de la phase d’oscillation est très peu marqué. Incluant une interaction complexe principalement dépendante du mouvement et des moments gravitationnels, le mouvement de la jambe d’oscillation est essentiellement de nature pendulaire, dépendant peu des moments musculaires (Mena et al., 1981 ; Moore et al., 1993). Le marcheur en appui sur un seul pied se comporte comme un pendule inversé accroché par le pied et mobile autour de la cheville.

Le contrôle de la cheville est le seul secteur qui requiert une

action musculaire persistante de la phase d’appui à la phase d’oscillation de la marche (Mena et al., 1981 ; Perry, 1992). En effet, bien que les moments musculaires nets soient petits lors de la phase d’oscillation, les enregistrements EMG du tibial antérieur montrent des pics

Figure 19. Phase d’oscillation : mouvements de hanche, genou et cheville (d’après Perry, 1992 modifié).

43 d’activités au début et à la fin de la phase d’oscillation (Shiavi et al., 1987, Winter et Yack, 1987). Le muscle tibial antérieur produit probablement un moment de flexion dorsale qui limite l’accélération de la cheville en flexion plantaire sous l’influence de la dynamique du mouvement dans la phase d’oscillation (Mena et al., 1981).

Au moment du décollement des orteils, les fléchisseurs dorsaux doivent agir pour dégager le pied. Le muscle tibial antérieur (avec les autres fléchisseurs dorsaux) peut être considéré comme le seul acteur distal lors de la phase d’oscillation. L’intensité de l’activité des muscles antagonistes (gastrocnémiens et soléaire) est très modérée pendant le temps d’oscillation où le membre est en train de rouler sur un pied stationnaire ; cependant, ils semblent intervenir pour empêcher tout mouvement inutile de flexion dorsale excessive (Falconer et Winter, 1995 ; Perry, 1992). Une telle activité est probablement sous le contrôle de mécanismes médullaires (Falconer et Winter, 1995). La minimisation de la contraction antagoniste serait un moyen de limiter la dépense énergétique lors de la marche (Perry, 1992). L’intensité de l’action musculaire spécifique du tibial antérieur diffère selon les trois temps de la phase d’oscillation (Figure 20abc) :

60-73%. Début d’oscillation

Les actions survenant pendant le début de l’oscillation sont assignées à faciliter la progression en avant du pied. A la cheville, cela implique le lever du pied pour le libérer du sol et aider l’avancement du membre. Au moment du lever des orteils (toe-off), qui signifie le début de la phase d’oscillation, la cheville est à 20° de flexion plantaire. Afin d’inverser le mouvement de la cheville en flexion dorsale, le tibial antérieur augmente rapidement son intensité d’action atteignant 25% de la force maximale testée manuellement au sein des premiers 5% de l’oscillation (Perry, 1992). Ceci soulève le pied presque jusqu’en position neutre (5°FP).

73-87%. Milieu d’oscillation

Au fur et à mesure que le tibia s’approche de la verticalité, il y a la génération d’un couple à la cheville due à l’action de la pesanteur sur le pied. Le tibial antérieur et l’extenseur long de l’hallux

44 répondent en augmentant leur action jusqu’à un pic de 40% de la force maximale testée manuellement.

87-100%. Fin d’oscillation

L’augmentation de l’action des muscles prétibiaux pendant la fin de la phase d’oscillation s’oppose à la résistance progressive de la CEP des gastrocnémiens qui subissent un allongement progressif avec la réextension du genou, pour assurer le maintien de la position neutre de cheville avec un contact optimal du talon sur le sol avec 3-5° de baisse en flexion plantaire.

L’inertie du pied pendant que le tibia est activement avancé, puis la résistance passive des gastrocnémiens en allongement, sont les stimuli probables de l’augmentation de l’effort musculaire du tibial antérieur (Mena et al., 1981 ; Perry, 1992 ; Moore et al., 1993). L’activité musculaire de la fin de l’oscillation prépare aussi les muscles prétibiaux pour les demandes musculaires de la phase de mise en charge à venir.

Figure 20. Activité musculaire du tibial antérieur au cours des trois temps de la phase d’oscillation (d’après Perry, 1992).

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RESUME

La contraction d'un muscle permettant de réaliser un mouvement volontaire fait appel à des commandes cérébrales élaborées. Pour déclencher le mouvement, le cortex moteur reçoit des informations de plusieurs autres régions cérébrales qui le renseignent sur le mouvement à effectuer : sens, vitesse, position du corps. Le cortex moteur analyse ces informations et les traduit sous forme d'un signal appelé influx nerveux qui voyage le long de l’axone du neurone pyramidal pour parvenir jusqu'au motoneurone. L'ensemble que constitue un motoneurone et les fibres musculaires qu'il innerve est appelé unité motrice.

A la jonction neuromusculaire, point de rencontre entre la terminaison du motoneurone et la fibre musculaire, le signal électrique déclenche la libération de neurotransmetteurs. Ces derniers traversent l'espace entre le neurone et la fibre musculaire puis se lient à des récepteurs déclenchant un enchaînement de phénomènes électriques qui se propagent à la surface de la fibre musculaire. Ces phénomènes électriques provoquent la libération d’ions qui se déplacent jusqu'à la structure responsable de la contraction : une mosaïque de myofilaments fins formés d'actine et de myofilaments épais formés de myosine. Stimulés, les filaments glissent les uns sur les autres en se "resserrant", c'est la contraction musculaire.

Les muscles jouent le rôle d’agonistes quand leur contraction provoque le mouvement désiré, d’antagonistes quand ils produisent une action articulaire inverse à celle d’un agoniste. L’activation simultanée d’un agoniste et d’un antagoniste est appelée cocontraction. Plusieurs relais interneuronaux ont lieu au niveau de la moelle épinière modulent la contraction réciproque ou simultanée de l’agoniste et de l’antagoniste.

La régulation de la force musculaire dépend du nombre et de la fréquence de décharge des unités motrices impliquées ainsi que des conditions mécaniques telles la longueur du muscle et la vitesse de contraction. D’autres facteurs physiologiques et psychologiques peuvent intervenir.

La phase d’oscillation de la marche est caractérisée par une faible action musculaire, parce qu’il s’agit principalement d’un mouvement de nature pendulaire. A la cheville, le principal acteur musculaire est le tibial antérieur, qui est un fléchisseur dorsal dont le rôle est de faciliter l’avancement du membre. L’activité des muscles gastrocnémiens et soléaire, fléchisseurs plantaires (antagonistes) est minime, servant entre autres de stabilisateur des os de la cheville.

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2) Contraction musculaire et force : quantifications dynamométrique,