Article de méthode

Organisation posturale de l’initiation de la marche pour l’analyse biomécanique à l’aide d’enregistrements de plate-forme de force

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DOI :

10.3791/64088

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26 juillet 2022

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1LADAPT Loiret, Centre de Soins de Suite et de Réadaptation, 2CIAMS, Université Paris-Saclay, 3CIAMS, Université d'Orléans, 4Université Libre de Bruxelles, Belgique

Dans cet article

Résumé

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.

Résumé

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.

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Protocole

Le protocole décrit ci-dessous suit les lignes directrices du comité d’éthique de la recherche sur l’être humain de l’Université Paris-Saclay. Les participants ont approuvé et signé un formulaire de consentement.

1. Participants

  1. Inclure au moins 15 jeunes adultes en bonne santé dans l’expérience (âgés de 20 à 40 ans).
    NOTE: Ce nombre recommandé de sujets correspond à ce qui est classiquement considéré dans la littérature sur l’IG.
  2. Exclure les participants ayant des aides à la marche, des problèmes visuels, auditifs ou orthopédiques, des troubles neurologiques identifiés, une démence, des troubles cognitifs (c.-à-d. un score < 25 au mini-examen de l’état mental) et des antécédents médicaux de chute.
  3. Demandez aux participants de donner leur consentement écrit après les avoir informés de la nature et du but de l’expérience.
  4. S’assurer que l’expérience est conforme aux normes établies par la Déclaration d’Helsinki.

2. Préparation en laboratoire

  1. Assurez-vous que la plate-forme de force est suffisamment longue pour que tout le pied de balançoire y atterrisse à la fin de la première étape. Si ce n’est pas le cas, utilisez deux plates-formes de force à petite distance, les participants se tenant debout dans la posture initiale sur la première et frappant leur pied de balançoire sur la seconde placée devant les21 premières. Dans les deux cas, s’assurer que la ou les plates-formes de force sont encastrées dans une voie d’au moins 5 m de long pour s’assurer que la marche à l’état d’équilibre est atteinte.
    REMARQUE: Une plate-forme de force qui enregistre les moments et les forces 3D est nécessaire pour calculer l’ensemble des variables expérimentales (voir section 5).
    1. Par mesure de sécurité, fixez un harnais au plafond et centrez-le sur la grande hache de la plate-forme de force au cas où l’expérience inclurait des patients fragiles (par exemple, des patients neurologiques).
  2. Calibrer la ou les plates-formes de force. Cliquez sur le bouton de mise à zéro automatique .
  3. Importation des revues
    1. Ouvrez Qualisys Track Manager.
    2. Choisissez et ouvrez le dossier « Projet ».
  4. Créez un dossier patient.
    1. Cliquez sur Ajouter, puis sélectionnez patients.
    2. Entrez les étiquettes : ID du patient, Prénom, Nom, Date de naissance, Sexe et Commentaire si nécessaire.
    3. Cliquez sur Ajouter, puis sélectionnez Session de marche .
    4. Entrez les étiquettes : ID de cas, Opérateur de test, Commentaires si nécessaire, Diagnostic, Diagnostic secondaire, Côté affecté, Classification de la fonction motrice globale, Échelle de mobilité fonctionnelle, Taille, Poids, Longueur de jambe gauche, Longueur de jambe droite, Largeur du genou gauche, Largeur du genou droite, Largeur de la cheville gauche, Largeur de la cheville droite, Semelle delta gauche, Semelle delta droite, Épaule décalée gauche, Épaule décalée droite, Largeur du coude gauche, Largeur du coude droite, largeur du poignet gauche, largeur du poignet droite, épaisseur de la main gauche, épaisseur de la main droite et diamètre du marqueur.
    5. Cliquez sur Ajouter, puis sélectionnez Session sans marqueur .
    6. Entrez les étiquettes : Condition de test, Prothesis_Orthosis, Aide externe, Aide externe, Aide personnelle, Côté aide personnelle, Commentaires si nécessaire, Opérateur de test et Mode Événement (choisissez plusieurs plaques de force).
  5. Cochez Forcer la plaque auto-zéro.
    1. Sélectionnez Outils.
    2. Cliquez sur Forcer les plaques.
    3. Cliquez sur On preview start dans la case d’étiquette « Forcer la plaque auto-zéro ».
  6. Assurez-vous que les signaux de base de la plate-forme de force (forces et moments) sont à zéro lorsqu’elle n’est pas chargée.
    1. Cliquez sur Nouveau ou utilisez le raccourci Ctrl+N.
    2. Cliquez sur Data info Window 1 ou utilisez le raccourci Ctrl+D.
    3. Cliquez sur Display Force Data ou utilisez le raccourci Ctrl+D.
    4. Cliquez sur Forcer et sélectionnez Tracer.

3. Procédure expérimentale

  1. Demandez aux participants de se tenir pieds nus et immobiles sur une plate-forme de force dans leur posture verticale naturelle, les bras pendants lâchement contre leurs côtés et leur regard dirigé vers une cible à hauteur des yeux à au moins 5 m de distance (figure 1).
    REMARQUE : Délimitez la position des pieds sur la plate-forme de force dans la posture initiale (p. ex., avec de la craie). Vérifiez soigneusement que les participants repositionnent leurs pieds sur ces marques après chaque essai. Ce point est important car la position initiale du pied influence les caractéristiques APA de l’IG.
  2. Déterminez la jambe de départ préférée des participants en poussant légèrement contre le dos des participants dans la posture initiale, les yeux fermés, pour provoquer un pas en avant.
  3. Expliquez aux participants que la tâche qu’ils doivent accomplir est d’initier la démarche à partir de la posture debout avec la jambe préférée, de continuer à marcher jusqu’au bout de la piste, puis de revenir tranquillement à la posture debout initiale.
    REMARQUE : Si, au cours de l’expérience, la démarche n’est pas amorcée avec la jambe préférée identifiée dans un essai donné, répétez l’essai.
  4. Expliquez que la démarche doit être amorcée à la suite de deux signaux successifs (acoustique, visuel ou tactile) : un signal préparatoire et un signal de départ (voir étapes 3.6 et 3.7).
  5. Expliquez les instructions sur la vitesse et la pression temporelle (voir les étapes 3.8-3.10).
  6. Délivrer le premier signal (préparatoire) aux participants. Dites-leur de rester immobiles et d’éviter d’anticiper l’IG à ce premier signal.
  7. Délivrer le deuxième signal (de départ) après un retard aléatoire de 2 à 5 s après le signal préparatoire.
    1. Assurez-vous que les participants sont visuellement immobiles avant de délivrer ce deuxième signal. Vérifiez l’immobilité en ligne avec les diagrammes temporels du centre antéropostérieur ou médiolatéral de déplacement de pression
      REMARQUE : S’ils ne sont pas immobiles, la détection de l’apparition de l’APA (étape 5.1.1) peut être difficile.
  8. Demandez aux participants de commencer la démarche i) dès que possible (c.-à-d. dans une condition de temps de réaction), ou ii) seulement une fois qu’ils se sentent prêts (c.-à-d. dans une condition auto-initiée) après le signal de départ.
  9. Varier les conditions de « pression temporelle » imposées à l’IG (c.-à-d. faible pression temporelle (condition auto-initiée) et pression temporelle élevée (condition de temps de réaction)).
  10. Variez les conditions de vitesse gastro-intestinale (conditions lentes, spontanées, rapides).
    1. Pour limiter le nombre de conditions expérimentales et ainsi éviter la fatigue, demandez aux participants de n’effectuer que deux conditions de vitesse gastro-intestinale (p. ex., lente et rapide) dans des conditions de pression temporelle faible ou élevée, ou l’inverse (c.-à-d. GI à une vitesse lente ou rapide dans une condition de pression temporelle élevée et faible).
      REMARQUE: Répétez fréquemment les instructions sur la pression temporelle et la vitesse gastro-intestinale.
  11. Demandez aux participants d’effectuer une série de 10 essais successifs dans chaque condition expérimentale.
    REMARQUE : Des séries de cinq essais sont suffisantes pour les sujets âgés ou les patients atteints de la maladie de Parkinson22.
    1. Randomiser les conditions de vitesse gastro-intestinale et de pression temporelle chez les participants pour éviter les effets d’ordre.
  12. Imposer un repos d’au moins 2 min entre les conditions successives pour éviter les effets de la fatigue.
  13. Dans chaque condition, permettez aux participants d’effectuer deux essais de familiarisation avant les enregistrements.
  14. Déclencher l’acquisition de données à partir de la plate-forme de force quelques secondes avant le début du signal préparatoire et s’arrêter une fois que le participant a quitté la plate-forme de force.

figure-protocol-1
Figure 1 : Configuration expérimentale. Les participants se tiennent d’abord sur une plate-forme de force (1) encastrée dans une piste d’au moins 5 m de long (2), le regard dirigé vers une cible à hauteur des yeux (3). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

4. Traitement des enregistrements cinétiques de la plate-forme de force

  1. Filtrez les données de la plate-forme de force à l’aide d’un ordre Butterworth passe-bas sans décalage avec une fréquence de coupure de 15 Hz.
    1. Importez le fichier.
    2. Ouvrez Visual3D.
    3. Choisissez et ouvrez le fichier « Projet ».
    4. Traitement
      1. Cliquez sur Pipeline ou utilisez le raccourci F11.
      2. Sélectionnez Filtre de signal.
      3. Sélectionnez Lowpass_Filter.
      4. Cliquez sur Exécuter.
  2. Collectez des données à partir de la plate-forme de force à une fréquence de 100 Hz.
    1. Cliquez sur Pipeline ou utilisez le raccourci F11.
    2. Sélectionnez Fichier Enregistrer/Exporter.
    3. Sélectionnez Export_Data_To_Acsii_File.
    4. Cliquez sur Modifier.
    5. Entrez 100 dans l’étiquette Nombre de points pour la normalisation.
    6. Cliquez sur Exécuter.
  3. Calculez les tracés temporels des accélérations instantanées du centre de gravité le long des directions antéropostérieure (x''G), médiolatérale (y''G) et verticale (z''G) à partir des forces de réaction au sol 3D obtenues avec la plate-forme de force (voir Figure supplémentaire S1) en utilisant la deuxième loi de Newton10,23.
    NOTE: Selon la deuxième loi de Newton, la somme des forces externes appliquées à un système est égale à la masse de ce système (m) multipliée par l’accélération de son centre de gravité. Ainsi, avec le protocole GI décrit dans cette étude, les seules forces externes appliquées aux participants sont le poids corporel (PC) et les forces de réaction au sol (R). Les équations (1), (2) et (3) peuvent être écrites :
    x''G = Rx / m (1)
    y''G = Ry / m (2)
    z"G = (Rz - BW) / m (3)
    Où Rx, Ry, Rz sont respectivement les composantes antéropostérieures, médiolatérales et verticales instantanées de la force de réaction fondamentale du vecteur. Les graphiques typiques de x''G, y''G et z''G sont présentés à la figure 2.
  4. Calculez les tracés temporels 3D du centre de gravité au moyen d’une intégration numérique simple des tracés de temps d’accélération du centre de gravité 3D, en utilisant des constantes d’intégration égales à zéro (c’est-à-dire la vitesse initiale du centre de gravité 3D considérée comme nulle10). Voir la figure 2 pour les diagrammes temporels typiques de la vitesse antéropostérieure, médiévale et verticale du centre de gravité (x’G, y’G et z’G, respectivement).
  5. Effectuer une intégration supplémentaire du diagramme temporel y’G pour obtenir le déplacement du centre de gravité le long de la direction médiolatérale. Utilisez cette quantité pour calculer la « marge de stabilité » (voir étape 5.3.5.2).
  6. Calculer le déplacement médiolatéral (yP) et antéropostérieur (xP) du centre de pression à partir des données de la plate-forme de force à l’aide des équations (4) et (5):
    figure-protocol-2(4)
    figure-protocol-3(5)
    Où Mx et My sont les moments instantanés autour des directions antéropostérieure et médiolatérale, respectivement; Rx, Ry et Rz sont respectivement les forces de réaction instantanées antéropostérieures, médiolatérales et verticales au sol; et dz est la distance entre la surface de la plate-forme de force et son origine (fournie par le fabricant). Les diagrammes temporels typiques de xP et yP sont présentés à la figure 2 (voir également la figure supplémentaire S2).

5. Variables expérimentales

NOTE: Chaque variable expérimentale décrite ci-dessous doit être extraite des diagrammes temporels expérimentaux obtenus pour chaque essai.

  1. Détection des événements temporels de l’initiation de la marche
    1. Début de l’APA
      1. Affichez les diagrammes temporels du centre de déplacement de pression le long des directions médiolatérale et antéropostérieure.
      2. Calculer la valeur moyenne du diagramme médiolatéral et antéropostérieur du centre de pression pendant la fenêtre de temps de 250 ms précédant le deuxième signal délivré aux participants.
        Remarque : Ces valeurs correspondent aux « valeurs de référence » de ces diagrammes temporels.
      3. Détecter les instants qui suivent le deuxième signal lorsque la trace médiolatérale et antéropostérieure du déplacement du centre de pression s’écarte de 2,5 écarts-types de la valeur de base pendant au moins 50 ms.
        NOTE: Ces deux instants correspondent à l’apparition de l’APA le long des directions médiolatérale et antéropostérieure (t0ML et t0AP, respectivement; Graphique 2). Ces deux instants peuvent également être identifiés comme les instants où les tracés temporels de l’accélération du centre de gravité médiolatéral et antéropostérieur atteignent 10% de leur valeur de crête respective.
      4. S’assurer que, dans les conditions de temps de réaction, l’apparition de l’APA varie entre 150 ms et 300 ms après le deuxième signal (Go). Si ce n’est pas le cas, répétez l’essai et les instructions sur la pression temporelle.
        REMARQUE: Si elle est inférieure à 150 ms, les participants ont anticipé. S’il est supérieur à 300 ms, les participants n’étaient pas concentrés sur la tâche.
      5. Assurez-vous que dans l’état auto-initié, l’apparition de l’APA est supérieure à 300 ms. Si ce n’est pas le cas, répétez l’essai et les instructions sur la pression temporelle, car les participants peuvent avoir commencé la démarche dans une condition de temps de réaction.
    2. Temps de basculement du talon
      1. Afficher les diagrammes temporels du centre de gravité vertical de la vitesse et du centre antéropostérieur de déplacement de pression.
      2. Identifier le moment où la trace de la vitesse du centre de gravité vertical culmine pour la première fois vers le bas après l’apparition de l’APA comme le temps de basculement du talon24 (Figure 2). Alternativement, identifier le moment où le tracé temporel du centre antéropostérieur de déplacement de la pression montre une chute rapide vers la ligne de base (c.-à-d. vers les orteils; Graphique 2) ou placez une pédale de commande (un outil peu coûteux) au talon pivotant.
    3. Temps de basculement
      1. Afficher les diagrammes temporels du centre médiolatéral et antéropostérieur de déplacement de la pression et de la vitesse antéropostérieure du centre de gravité.
      2. Identifier l’instant où le tracé temporel du centre médiolatéral de déplacement de pression atteint un premier plateau (quasi) dirigé vers le côté pied de position comme temps de basculement (Figure 2). Vous pouvez également identifier le talon oscillant instantané lorsque le tracé temporel du centre antéropostérieur de déplacement de la pression atteint 90% de la valeur maximale vers l’arrière, ou placer une pédale de commande au pied pivotant.
    4. Temps de contact avec le pied oscillant
      1. Afficher les diagrammes temporels du centre antéropostérieur de déplacement de pression.
      2. Identifiez le moment où le centre de pression antéropostérieur est brusquement déplacé vers l’avant (Figure 2) comme le temps de contact du pied oscillant. Si ce diagramme temporel est dérivé, identifiez le temps de contact du pied oscillant comme l’instant où ce diagramme temporel dérivé augmente fortement par rapport à sa valeur de niveau de référence. Vous pouvez également placer une pédale de commande au niveau du talon pivotant pour détecter cet instant.
        REMARQUE : Une méthode similaire à celle décrite ci-dessus pour la détection de l’APA (basée sur le calcul d’une valeur moyenne de niveau de référence; étape 5.1.1.2) peut être utilisée ici.
    5. Temps de repos arrière
      1. Affichez le tracé temporel du centre médiolatéral de déplacement de pression.
      2. Identifier l’instant où le tracé temporel du centre médiolatéral de déplacement de pression atteint un second (quasi) plateau, dirigé dans la direction opposée au premier (étape 5.1.3.2; Figure 2), le temps de pied arrière25. Vous pouvez également placer une pédale de commande à l’arrière pour détecter cet instant.
  2. Calcul des variables temporelles
    1. Calculer le délai entre l’apparition de l’APA (t0ML et t0AP) et le temps de basculement du talon (tHO) pour les directions médiolatérale et antéropostérieure, qui correspond à la durée de l’APA le long des directions médiolatérale (dAPAML) et antéropostérieure (dAPAAP). Voir équations (6) et (7).
      dAPAML = tHO - t0ML (6)
      dAPAAP = tHO - t0AP (7)
    2. Calculer le délai entre le temps d’arrêt du pied oscillant (tTO) et le temps d’arrêt du talon oscillant (tHO), qui correspond à la durée de la « phase de déchargement » (UNLd; Graphique 2) en utilisant l’équation (8).
      UNLd = tTO - tHO (8)
    3. Calculer le délai entre le temps d’arrêt des orteils oscillants (tTO) et le contact du pied oscillant (tFC), qui correspond à la durée de la « phase de balancement » (SWINGd; Graphique 2) en utilisant l’équation (9).
      SWINGd = tFC - tTO (9)
  3. Calcul des variables spatiales
    1. Position initiale du centre de pression
      1. Affichez les diagrammes temporels du centre de déplacement de pression le long des directions médiolatérale et antéropostérieure.
      2. Calculer les valeurs moyennes des positions médiolatérales (yP0) et antéropostérieures (xP0) du centre de pression pendant la fenêtre de temps de 250 ms précédant le deuxième signal (départ) délivré aux participants, qui sont représentatives de la position du centre de pression dans la posture initiale (ou valeur « de base »).
        NOTE: Les caractéristiques spatio-temporelles de l’APA décrites ci-dessus sont sensibles à la position du centre de pression dans la posture initiale26. Par conséquent, il est important de vérifier que tout changement dans les caractéristiques de l’APA entre des conditions expérimentales (par exemple, une condition avec un obstacle à dégager vs une condition sans obstacle à nettoyer) ou entre des populations expérimentales (par exemple, participants en bonne santé vs participants neurologiques) ne peut pas être attribué à un « simple » changement de la position du centre de pression dans la posture initiale, mais plutôt au facteur faisant l’objet de l’enquête.
    2. Amplitude de l’APA
      1. Afficher les diagrammes temporels du centre de déplacement de pression et du centre de gravité le long des directions médiolatérale et antéropostérieure.
      2. Détectez l’instant où chacun de ces quatre diagrammes temporels atteint une valeur maximale pendant la fenêtre temporelle APA (Figure 2).
      3. Soustrayez la valeur moyenne de base du centre de pression calculée à l’étape 5.3.1.2 (c.-à-d. les valeurs xP0 et yP0) de la valeur maximale du centre de pression détectée pendant la fenêtre temporelle APA (pour chaque direction; c’est-à-dire calculer à l’aide des équations (10) et (11)).
        xPAPA = xPMAX - xP0 (10)
        yPAPA = yPMAX - yP0 (11)
        Où xPAPA et yPAPA sont l’amplitude de l’APA (centre de pression) le long des directions antéropostérieure et médiolatérale, respectivement; xPMAX et yPMAX sont le centre anticipatif maximal de déplacement de pression le long des directions antéropostérieure et médiolatérale, respectivement.
        NOTE: Aucune soustraction de base n’est nécessaire pour la vitesse du centre de gravité car il est considéré que les participants sont initialement immobiles (le centre de gravité initial de la vitesse est donc nul; voir étape 4.4). Les quatre valeurs obtenues sont représentatives de l’amplitude de l’APA (deux valeurs par direction).
    3. Longueur et largeur de marche
      1. Afficher le tracé temporel du centre de déplacement de pression le long de la direction antéropostérieure.
      2. Détectez la position la plus reculée du centre de pression, xPBACK.
      3. Détecter la position du centre de pression au moment de la chute du pied arrière, xPRFO (Figure 2 et étape 5.1.5).
      4. Calculer la différence spatiale entre ces deux grandeurs, qui correspond à la longueur du pas, L41, en utilisant l’équation (12).
        L = xPBACK - Xprfo (12)
      5. Afficher le tracé temporel du centre de déplacement de pression le long de la direction médiolatérale.
      6. Détecter la position la plus latérale du centre médiolatéral de la position de pression obtenue lors du premier plateau du diagramme temporel, yPSTANCE (« position », car le centre de pression est situé sous le pied de position à ce moment-là ; voir figure 2).
      7. Détecter la position latérale du centre de pression au moment du pied arrière, yPRFO (figure 2 et étape 5.1.5).
      8. Calculez la différence spatiale entre ces deux grandeurs, qui correspond à la largeur de pas, W25, en utilisant l’équation (13).
        W = yPSTANCE - yPRFO (13)
    4. Exécution de l’initiation à la marche
      1. Affichez le tracé temporel de la vitesse du centre de gravité le long de la direction antéropostérieure (Figure 2).
      2. Détecter l’instant où les participants frappent la plate-forme de force avec le pied oscillant (étape 5.1.4, Figure 2) et noter la vitesse du centre de gravité à cet instant comme critère de performance gastro-intestinale.
        NOTE: La valeur maximale de ce diagramme temporel, qui est atteinte quelques millisecondes après le contact du pied oscillant, peut également être considérée comme un critère de performance gastro-intestinale. La longueur des pas et la durée de la phase de basculement peuvent également être considérées comme des critères de performance gastro-intestinale. Plus ces quantités sont longues et courtes, respectivement, meilleures sont les performances.
    5. Paramètres de contrôle de stabilité
      1. Pour l’indice de freinage, affichez le tracé temporel de la vitesse du centre de gravité le long de la direction verticale. Détecter le pic de vitesse du centre de gravité vers le bas du tracé temporel (z’GMIN) et le centre de gravité au temps de contact du pied oscillant (z’GFC, Figure 2). Calculer la différence entre ces deux grandeurs, appelée « indice de freinage » (BI), en tant qu’indicateur du contrôle de stabilité, à l’aide de l’équation (14).
        BI = figure-protocol-4 (14)
        REMARQUE: Le BI a été introduit par Do et ses collègues et fournit la preuve que le système nerveux central anticipe la frappe du pied oscillant avec la surface d’appui en diminuant le centre de gravité vertical de la vitesse pendant la phase de balancement de l’initiation de la marche 4,5,27. Ce freinage actif facilite le maintien de la stabilité après une collision avec le pied. Plus la BI est grande, meilleur est le contrôle de stabilité.
      2. Pour la marge de stabilité, affichez les diagrammes temporels du centre de gravité de la vitesse et du déplacement le long de la direction médiolatérale. Détecter la vitesse (y’GFC) et le déplacement du centre de gravité (yGFC) au temps de contact du pied oscillant (Figure 2). Calculer la composante médiolatérale de la marge de stabilité (MOS) au contact du pied à l’aide de l’équation (15).
        figure-protocol-5(15)
        Où BOSmax est la limite médiolatérale de la base de support (BOS) et ω0 est la fréquence propre du corps, modélisée comme un pendule inversé. Pendant l’IG, les participants atterrissent systématiquement sur la plate-forme de force d’abord avec le talon oscillant, puis avec l’orteil. Dans le cadre d’une telle stratégie d’atterrissage au pied, le BOSmax peut être estimé avec la position médiolatérale du centre de pression au moment du pied arrière (étape 5.1.5). La fréquence propre du corps peut être calculée à l’aide de l’équation (16).
        figure-protocol-6(16)
        Où g = 9,81 m/s² est l’accélération gravitationnelle et l est la longueur du pendule inversé, ce qui correspond à 57,5% de la hauteur du corps.
        NOTE: La quantité entre parenthèses dans l’équation (15) est appelée « centre de masse extrapolé»18. L’état de stabilité au contact du pied implique que le centre de masse extrapolé est situé à l’intérieur de la base du support. Cette condition correspond à une valeur MOS positive. Si le MOS est négatif, des ajustements posturaux correctifs sont nécessaires pour rétablir l’équilibre.

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Résultats

Description des diagrammes temporels biomécaniques représentatifs obtenus à partir de la plate-forme de force lors de l’initiation de la marche
Quel que soit le niveau de pression temporelle ou l’instruction sur la vitesse gastro-intestinale, le basculement du talon est systématiquement précédé de l’APA. Ces APA peuvent être caractérisés par un déplacement latéral du centre de pression vers l’arrière et le côté pivotant de la jambe (Figure 2). Ce centre anticipatif de dép...

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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 événements de synchronisation...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont pas d’intérêts concurrents.

Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier l’ANRT et le LADAPT.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Plateforme(s) de force(s)AMTIUne grande [120 cm x 60 cm] ou deux petites [60 cm x 40 cm] plateforme(s) de forcePython
ou MatlabPython ou MathWorksLangage de programmation pour le calcul de variables expérimentales
Qualisys track manageQualisysLogiciel pour la synchronisation de la ou des plates-formes de force, l’enregistrement et la visualisation en ligne des traces biomécaniques brutes (forces et moments 3D)
Visual3DC-Motion IncLogiciel pour le traitement des traces biomécaniques brutes (filtrage passe-bas)

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Mots-clés

Ajustement postural anticipatoireCentre de gravitCentre de pressionContr le de l quilibrePression temporelleMaladie de Parkinson

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