Propriétés mécaniques des muscles ischio-jambiers :

Les propriétés mécaniques du muscle définissent sa capacité à produire un couple de force. On retrouve parmi ces propriétés la PCSA, la tension spécifique, les relations force-longueur et force-vitesse ainsi que le bras de levier. Dans le cadre des études 2 et 3, nous avons seulement estimé et mesuré la PCSA et le bras de levier de chaque muscle. En effet, la relation force-vitesse n’a pas ou très peu d’impact étant donné que la longueur des fibres reste constante au moment où le participant maintient l’intensité requise, c’est-à-dire le plateau de couple de force, période correspondant également aux mesures mécaniques et électromyographiques effectuées. De plus, nous pouvons considérer que la variation de la relation force-longueur ou de la tension spécifique entre chaque muscle était faible voire inexistante. Par exemple, prenons la tension spécifique. La distribution des fibres musculaires est similaire entre les muscles (entre 39.6% et 54.3% de fibre de type I – (Garrett et al., 1984)) et varie peu entre les individus (Garrett et al., 1984). Sachant que les participants ont réalisé des contractions isométriques sous maximales (i.e. 20% de la MVC) et que les fibres de type I sont prioritairement recrutées à ces intensités faibles, la tension spécifique devait peut varier entre les muscles. Pour réduire au maximum l’influence potentielle de la relation force-longueur sur la capacité de production de force, nous avons réalisé les contractions isométriques à l’angle du genou où la production de couple était maximale (Kilgallon et al., 2007). Ainsi, les longueurs de faisceaux atteintes lors des

contractions se situaient sur le plateau de la relation force-longueur, i.e. de part et d’autre de la longueur optimale (i.e. 45°, 0° = extension complète du genou).

6.1. Estimation du volume musculaire par IRM :

L’avènement des techniques d’imagerie médicale a permis d’estimer in vivo l’anatomie des muscles chez les individus sains (Ikai et Fukunaga, 1968; Narici et al., 1988) ou sportifs (Handsfield et al., 2016). Ces techniques étant présentées dans la section 1.1.1 du chapitre 1, nous nous attacherons ici à décrire les protocoles d’acquisition et le traitement des images. Un appareil d’IRM corps entier 1.5 tesla (Intera Achieva, Philips, Amsterdam, Pays-Bas) couplé à une antenne rachis (15 éléments, SENSE, Philips, Amsterdam, Pays-Pays-Bas) a été utilisé pour obtenir des coupes de section transversale de la cuisse, depuis la crête iliaque jusqu’au milieu du tibia. Les participants étaient positionnés sur l’antenne et allongés sur le dos (Figure 25A). Une séquence volumétrique T1 3D composée de coupes de 2 mm d’épaisseur sans espaces inter-coupe était lancée durant 13 minutes. Le contraste et la résolution de l’image permettait de distinguer avec précision les contours/enveloppes de chaque muscle des ischio-jambiers (i.e. ST, SM, BF longue et courte portion). Les coupes ainsi obtenues ont été chargées dans un logiciel spécifique de traitement d’images (Mimics, Materialise, Liévin, Belgique) pour être segmentées manuellement (Figure 25B). Un stylet permettait de détourer avec précision le muscle affiché sur un écran tactile. Lorsque ce travail a été réalisé sur chaque coupe située entre les tendons, le muscle a pu être modélisé en trois dimensions (Figure 25C). Le volume a été calculé comme la somme des aires de l’ensemble des coupes.

6.2. Mesure du bras de levier par IRM

Le même scanner IRM couplé avec deux antennes flexibles positionnées sur les genoux (SENSE, Philips, Amsterdam, Pays-Bas) a permis de réaliser des images de l’articulation du genou avec la partie distale des unités muscle-tendon des ischio-jambiers. Le participant était positionné sur le dos avec le genou fléchi à 45° (le même angle que pour le test sur ergomètre isocinétique). Les participants étaient maintenus dans cette position par des bandes velcros et des sacs de sable. Une séquence volumétrique 3D T1 était lancée (épaisseur de coupe = 2 mm : espace inter-coupe : 0 mm ; durée : 5 minutes) pour obtenir les images. Les images étaient ensuite chargées dans le même logiciel de traitement utilisé pour le calcul des volumes musculaires. Pour chaque muscle, le bras de levier correspondait à la distance minimale entre le centre de rotation de l’articulation du genou et la ligne d’action du muscle. Les coordonnées 3D des épicondyles fémorale latérale et médiale

étaient déterminées, puis le milieu de la ligne séparant ces deux points était considéré comme le centre de rotation du genou (Cappozzo et al., 1995). Dans un second temps, la partie distale de chaque unité muscle-tendon était délimitée. Le barycentre de chaque aire était calculé puis la ligne passant par l’ensemble de ces points était considérée comme la ligne d’action du muscle. Enfin, la ligne perpendiculaire passant par le centre de rotation et la ligne d’action musculaire étaient considérées comme le bras de levier. Etant donné que les tendons distaux du BFsh et du BFlh ne pouvaient être distingués précisément, nous avons considéré un bras de levier identique pour ces deux muscles, méthode déjà employée lors d’études anatomiques (Spoor et van Leeuwen, 1992; Visser et al., 1990).

Figure 25 - Dispositif expérimental permettant l'acquisition du volume musculaire (A). Chaque coupe obtenue

était ensuite manuellement segmentée (B) pour obtenir finalement une reconstruction tridimensionnelle du muscle (C).

6.3. Mesure de la longueur des faisceaux musculaires par échographie

Comme pour le volume musculaire, l’imagerie médicale a permis d’accéder in vivo à l’organisation architecturale du muscle. Ainsi, un réseau de transducteurs ultrasonores situé dans la sonde génère une onde ultrasonore se propageant au sein des tissus. Dans un second temps, ces mêmes transducteurs captent l’écho de cette onde rétrodiffusé par chaque obstacle (i.e. tissus). Ces tissus possédant des propriétés mécaniques différentes, l’écho capté par les capteurs sera différent et permettra d’obtenir une image contrastée des tissus situés sous la sonde. Ainsi, il est possible de visualiser les faisceaux de fibres situés

entre les aponévroses de chaque muscle et mesurer ainsi leur longueur et l’angle de pennation qu’ils forment avec les aponévroses. Cependant, la largeur de la sonde est souvent trop petite pour mesurer la longueur totale de longs faisceaux (plus de 12 cm pour le BFlh (Woodley et Mercer, 2005)). Dans ce cas, des techniques d’extrapolations (Timmins et al., 2015) sont utilisées mais entraînent une baisse de la fiabilité de la mesure (Brennan et al., 2017; Pimenta et al., 2018). Pour passer outre ces limitations, nous avons utilisé une technique d’échographie panoramique proposée par le constructeur de l’échographe (Aixplorer v11, Supersonic Imagine, Aix-en-Provence, France). Cette méthode permet de fusionner des images échographiques acquises successivement durant un scan pour obtenir une vue complète des faisceaux musculaires (Figure 26A & B).

Figure 26 - Exemple d'images échographique obtenues pour le BFlh (A) et le SM (B). La sonde est placée au niveau

de l'insertion proximale puis déplacée dans l’axe du faisceau pour obtenir une série d'image fusionnées permettant de déterminer la longueur des faisceaux et leur angle de pennation.

Le participant était allongé sur le dos, la hanche et le genou fléchis aux mêmes angles que ceux utilisés pour le test de force (90°, 0° = hanche en extension complète ; 45°, 0° = genou en extension complète). Il était solidement attaché à l’ergomètre avec des bandes velcro

pour éviter tout mouvement parasite et permettre un relâchement total lors des mesures échographiques. Un premier scan était réalisé dans le plan axial pour visualiser la position du ventre musculaire et définir le chemin de la sonde du haut au bas de la cuisse. Puis chaque muscle a été scanné avec la sonde placée longitudinalement au muscle de manière à observer les aponévroses superficielles et profondes. La sonde était déplacée le long de la ligne médiale du ventre musculaire en suivant l’axe des faisceaux de fibres, de l’insertion proximale à l’insertion distale, sur une durée de 10 à 15 secondes. Les acquisitions étaient répétées jusqu’à l’obtention de deux images permettant les mesures. Ces images étaient ensuite chargées dans un logiciel de traitement (ImageJ v1.48, National Institutes of Health, Bethesda, Etats-Unis). Une ligne segmentée lissée a été tracée à partir du faisceau de l’aponévrose profonde jusqu’à l’aponévrose superficielle pour mesurer sa longueur. L’angle de pennation était considéré comme l’angle formé par l’aponévrose profonde et le faisceau musculaire. Deux à trois faisceaux (i.e. un par région : proximale, médiale et distale) étaient mesurés pour chaque muscle, puis moyennés pour obtenir une longueur et un angle de pennation représentatifs de la géométrie du muscle entier. Le ST étant fusiforme, nous avons considéré la longueur du muscle mesurée par IRM comme longueur de faisceau.

6.4. Calcul de la PCSA :

La PCSA du BFsh, du BFlh et du SM a été calculée en utilisant l’équation proposée par Sacks et Roy (1982) :

PCSA = ^{Volume musculaire}

Longueur des fibres × cos(angle pennation) (9)

Le ST étant fusiforme, nous avons considéré sa PCSA comme l’ASCA mesurée à partir des IRM.