Article de recherche

Réduction de la fonction pulmonaire associée à une activation musculaire anormale avec l’arthrose du genou et un risque accru de maladies cardiovasculaires

DOI :

10.3791/68958

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6 mars 2026

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1Key Laboratory of Orthopedics and Traumatology of Traditional Chinese Medicine and Rehabilitation, Ministry of Education, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, 2College of Rehabilitation Medicine, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, 3Yangzhi Affiliated Rehabilitation Hospital of Tongji University, 4The Third People's Hospital of Fujian Province, 5National-Local Joint Engineering Research Center of Rehabilitation Medicine Technology, 6Faculty of Sports Sciences, Research Academy of Grand Health, Ningbo University

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cette étude examine la fonction cardiopulmonaire, l’activité physique et l’activation des muscles des membres inférieurs chez les personnes atteintes d’arthrose du genou (OA) présentant un risque accru de maladie cardiovasculaire (MCV). Nous avons trouvé une relation négative entre une ventilation maximale volontaire plus faible et une activation plus importante du biceps fémoral dans l’OA du genou avec le groupe à risque de MCV.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cette étude visait à explorer la fonction cardiopulmonaire, l’activité physique et l’activation des principaux muscles des membres inférieurs chez les personnes atteintes d’arthrose du genou (OA) présentant un risque accru de maladies cardiovasculaires (MCV). Au total, 21 personnes présentant une arthrose du genou et un risque accru de MCV ainsi que 29 personnes avec une arthrose isolée du genou ont rempli le questionnaire international d’activité physique (IPAQ) en format d’entretien. La fonction pulmonaire a été évaluée en mesurant la capacité vitale forcée (CVF) et la ventilation volontaire maximale (MVV). La condition cardiorespiratoire a été évaluée à l’aide d’un test d’effort cardio-pulmonaire (CPET) basé sur tapis roulant avec un protocole Bruce modifié. De plus, des données d’électromyographie de surface (sEMG) ont été collectées auprès des principaux muscles des membres inférieurs du membre symptomatique lors des tâches de montée d’escaliers réalisées à une vitesse habituelle auto-sélectionnée. Comparé au groupe OA du genou, le groupe à risque d’OA du genou avec MCV a montré des réductions significatives de l’activité physique vigoureuse, de la ventilation volontaire maximale (MVV) et une diminution moindre de l’absorption maximale d’oxygène. De plus, le groupe OA du genou avec une augmentation des MCV a montré une plus grande activation musculaire du biceps fémoral (BF) lors de la montée et de la descente des escaliers. De plus, une relation négative a été observée entre un MVV plus faible et une activation plus élevée de la BV dans l’OA du genou avec le groupe à risque de MCV. Ces résultats suggèrent deux conclusions principales. Premièrement, le sEMG sert d’outil précieux et non invasif pour identifier les signes cliniques chez les patients atteints d’arthrose du genou à risque de MCV, en détectant une activation musculaire aberrante lors de la montée d’escaliers. Deuxièmement, chez ces individus à risque, une fonction cardiovasculaire supérieure est liée à un schéma de coordination musculaire du genou plus équilibré, comme en témoigne la relation inverse entre la MVV et l’activation du biceps fémoral.

Introduction

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L’arthrose du genou (ARO) est une cause majeure de trouble de la mobilité, touchant 15 % des personnes d’âge moyen et âgées1. Des preuves croissantes associent l’arthrose du genou à un risque accru de maladie cardiovasculaire (MCV)2,3,4. Les personnes atteintes d’arthrose du genou présentent souvent plusieurs facteurs de risque pour les MCV, notamment des anti-inflammatoires non stéroïdiens et une inflammationchronique 5. De plus, l’inactivité physique résultant de l’arthrose du genou est une cause indirecte d’un risque accru deMCV 5.

Une diminution de l’activité physique due à un trouble de l’articulation du genou peut augmenter la prévalence du syndrome métabolique, notamment l’obésité, la dyslipidémie, la résistance à l’insuline etl’hypertension 6,7,8,9, et augmente ensuite le risque de MCV 10,11. De plus, les limitations de l’activité physique peuvent entraîner une diminution de la fonction cardiopulmonaire (englobant à la fois la fonction pulmonaire et la condition cardiorespiratoire), ce qui est fortement associé à un risque accru deMCV 12,13. Par conséquent, les personnes atteintes d’arthrose du genou présentant un risque accru de MCV peuvent également présenter une réduction de la fonction cardiopulmonaire.

Des schémas d’activation anormaux des muscles des membres inférieurs peuvent partiellement expliquer la réduction de l’activitéphysique 14. Des recherches antérieures ont montré que des schémas d’activation neuromusculaires anormaux, tels que l’activation accrue du gastrocnémium latéral et des ischio-jambiers médiaux, sont associés à des douleurs au genou plussévères 15,16. Inversement, la réduction de la contraction du muscle médian du genou a été corrélée à une diminution de la douleur au genou lors de la démarche chez les personnes présentant uneOA du genou 17. De plus, une douleur sévère au genou peut réduire l’activité physique, en particulier lors d’une activité physique modérée àvigoureuse 18,19, et cela peut alors affecter négativement la fonction cardiopulmonaire et contribuer à un risque accru de MCV.

La montée d’escaliers, une activité quotidienne typique, est la tâche souvent effectuée chez les personnes atteintes d’arthrose du genou, et elle peut être un meilleur indicateur de limitation d’activité physique comparée à d’autresactivités 20,21. Les personnes atteintes d’arthrose du genou modifient leur activité musculaire pour minimiser la douleur et maintenir la stabilisation du genou lors de la montéed’escaliers 22,23. De plus, le test de montée d’escaliers est un substitut valide pour évaluer directement la fonctioncardiopulmonaire 24. Ainsi, l’examen du schéma d’activation des muscles des membres inférieurs lors de la marche des escaliers et de sa relation avec la fonction cardiopulmonaire peut fournir des éclairages uniques sur le mécanisme pathoménico de l’augmentation du risque de MCV chez les patients atteints d’arthrose du genou.

Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que, comparés aux individus ayant une arthrose isolée du genou, les patients atteints d’arthrose du genou présentant un risque accru de MCV présentent une diminution de l’activité physique, une diminution de la fonction cardiopulmonaire et des schémas d’activation des muscles des membres inférieurs modifiés. De plus, l’hypothèse avance une corrélation entre la diminution de la fonction cardiopulmonaire des patients et des schémas d’activation anormaux dans les muscles des membres inférieurs.

À notre connaissance, il s’agit de la première étude à étudier l’activation des principaux muscles des membres inférieurs lors de la montée d’escaliers chez des personnes présentant une arthrose du genou et un risque accru de MCV, ainsi que la relation entre la fonction cardiopulmonaire et l’activation musculaire lors de la montée d’escaliers. Les résultats de cette étude pourraient fournir des preuves pour concevoir des plans de rééducation plus précis pour cette population de patients.

Protocole

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Selon la Déclaration d’Helsinki, le protocole de l’étude a été approuvé par le Conseil d’éthique institutionnelle du Tiers Hôpital du Peuple de la province du Fujian (# 2020KS-5-1) et enregistré sur le site du Registre chinois des essais cliniques le 18 novembre 2020 (numéro d’identification ChiCTR2000041115). Tous les participants ont fourni des formulaires écrits de consentement éclairé pour participer à l’étude.

Participants
Ici, 29 participants atteints d’arthrose du genou et 21 participants atteints d’arthrose du genou et un risque accru de MCV ont été recrutés à l’Hôpital du Tiers Peuple de la province du Fujian et des communautés voisines. Les critères d’inclusion pour le groupe de l’OA du genou étaient un diagnostic clinique selon le Diagnostic et Traitement de l’arthrose25 de 2019, un grade Kellgren/Lawrence (K/L) unilatéral ou bilatéral ≥2, âge 50-65 ans, et un risque faible ou inexistant de MCV tel que défini par la Prediction for Atherosclerosis Cardiovascular Disease Risk in China (China-PAR)26. Le groupe à risque accru de maladies cardiovasculaires du genou présentait le même âge et les mêmes symptômes d’arthrose du genou que le groupe de l’artrite du genou, mais présentait un risque moyen ou élevé de MCV selon China-PAR. Les participants des deux groupes ont été exclus s’ils présentaient de fortes douleurs dorsales, d’autres douleurs articulaires des membres inférieurs, de polyarthrite rhumatoïde, de fractures, de pathologie du système neurologique, d’antécédents médicaux de MCV et/ou de maladies pulmonaires.

Collecte de données
Cette étude a évalué l’activité physique, la fonction pulmonaire, la condition cardio-pulmonaire et l’activité musculaire des sujets en administrant le questionnaire international d’activité physique (IPAQ)27 en format long, le test de fonction pulmonaire, le test d’effort cardiopulmonaire et l’électromyographie de surface (sEMG ; Figure 1).

Évaluation de l’activité physique
Le niveau d’activité quotidien des participants a été évalué à l’aide de la version chinoise du Long Form International Physical Activity Questionnaire (IPAQ) ; examinant la validité et la fiabilité de la version chinoise du Questionnaire international d’activité physique, format long (IPAQ-LC)27, administré sous forme d’entretien. Cette étude a collecté et analysé des données sur l’activité physique pendant les loisirs, la domestication et le jardinage (jardin), les activités liées au travail et les transports au cours du mois dernier grâce à l’IPAQ. Les scores ont été rapportés en équivalent métabolique (MET) par min/semaine, calculés en multipliant le nombre de minutes par semaine d’activités effectuées par leurs valeurs MET respectives. Enfin, les scores ont été classés en marche, modérée, vigoureuse et activité physique totale. Les cas ont été exclus de l’analyse si les réponses concernant l’heure ou la fréquence étaient rapportées comme ignorant, refusant de répondre ou manquantes.

Test de la fonction pulmonaire
Avant le test, nous avons effectué une calibration des instruments. L’étalonnage comprenait la préparation environnementale, l’étalonnage des volumes et l’étalonnage des capteurs débit/volume. Les participants ont été invités à s’abstenir de manger pendant 2 heures avant l’expérience.

Une pince nasale a été appliquée pour garantir un flux d’air oral exclusif. Le sujet a ensuite scellé ses lèvres autour de l’embout pour éviter toute fuite. Un fort encouragement verbal a été fourni tout au long de la manœuvre pour maximiser l’effort. Les sujets ont été coachés par des thérapeutes respiratoires expérimentés en utilisant les directives de l’American Thoracic Society sur le Pulmonary Function Test System (230 V, 50/60 Hz, 508 VA, IP20). La spirométrie comprenait des mesures de la capacité vitale forcée (CVF), du volume expiratoire forcé en 1 s (VEM 1), du volume expiratoire forcé en 1 s/capacité vitale forcée (VEM1/VCF) et de la ventilation volontaire maximale (VVM). Chaque sujet a généré au moins trois manœuvres techniquement acceptables. Un début brusque d’expiration est nécessaire pour la mesure de la CVF et duVEM 1 , et l’expiration doit durer au moins 6 secondes, avec moins de 5 % de variation entre les manœuvres répétées. Lors du test MVV, le sujet est instruit d’effectuer les manœuvres respiratoires les plus profondes et rapides possibles pendant 12 secondes. Les meilleurs résultats de test ont été choisis par le technicien comme étant ceux ayant les valeurs les plus élevées de FVC, deFEV 1, MVV et les meilleures courbes de débit-volume.

Test d’effort cardiopulmonaire
Après avoir effectué le test de fonction pulmonaire pendant au moins 5 minutes, un électrocardiographe (ECG) à 12 dérivations, un brassard automatisé, un masque respiratoire et un photomètre à oxygène ont été installés pour surveiller la fréquence cardiaque, l’électrocardiographe, la pression artérielle, l’échange gazeux et la saturation en oxygène.

Les participants ont subi un CPET maximal incrémental utilisant le tapis de course et le protocole Bruce modifié (voir Tableau 1). Les valeurs cardiopulmonaires de base ont été évaluées pendant une période de repos de 3 minutes assise sur la chaise ; Par la suite, un échauffement de 3 minutes a été effectué sur un tapis de course à une vitesse de 2,7 km/h sans aucune inclinaison. Après l’échauffement, l’intensité de l’exercice a été augmentée toutes les 3 minutes selon le protocole Bruce modifié, avec des étapes séquentielles suivantes : 2,7 km/h à pente de 0 %, 2,7 km/h à pente de 5 %, 2,7 km/h à pente de 10 %, 4,0 km/h à pente de 12 %, 5,4 km/h à pente de 14 %, et 6,7 km/h à pente de 16 %, visant à atteindre un effort maximal. S’accrocher aux rampes du tapis roulant était découragé ; Cependant, certains patients avaient besoin des rampes pour maintenir leur équilibre.

L’ensemble du test a été suivi par des cardiologues professionnels. Pendant la phase de repos, la tension artérielle (TA) a été mesurée une fois, puis continuellement surveillée par un ECG à 12 dérivations, la fréquence cardiaque (FC) et la saturation en oxyhémoglobine. Pendant la phase d’exercice, l’ECG, la fréquence cardiaque et la saturation en oxyhémoglobine ont été continuellement surveillés, et la tension artérielle ambulatoire, les symptômes et le niveau de fatigue ont été surveillés toutes les 3 minutes. L’exercice a été interrompu lorsque les participants ont atteint la fréquence cardiaque maximale, ou que l’absorption d’oxygène n’a pas augmenté tandis que la charge d’exercice augmente, ou que le score perçu (évaluations d’effort perçu (EPR) des Borg (6-20)28) était supérieur à 17. Pendant la récupération, l’ECG, la fréquence cardiaque et la saturation en oxyhémoglobine ont été continuellement surveillées, et la tension a été mesurée toutes les 2 minutes. Le test a été interrompu prématurément pour des symptômes tels que l’essoufflement important, une constriction thoracique ou des vertiges, une ectopie ventriculaire progressive > 3 battements, une nouvelle fibrillation auriculaire, une diminution soutenue de la pression artérielle systolique > 20 mmHg par rapport au stade précédent, ou une dépression de plus de 5 mm segment ST.

Le personnel de test était compétent dans les procédures d’urgence, avec du matériel essentiel (y compris un défibrillateur, des masques à oxygène et respiratoires) et des médicaments (par exemple, épinéphrine, atropine, lidocaïne, nitroglycérine et glucose) disponibles sur place. En cas critique, le test était immédiatement interrompu. La gestion impliquait le maintien des voies respiratoires brevetées, l’administration de l’oxygène et l’établissement d’un accès intraveineux. Les interventions de réanimation et pharmacologie ultérieures ont respecté les protocoles de Support vital cardiaque avancé (ACLS), en même temps que l’activation de l’équipe d’intervention d’urgence pour le transfert du patient.

Des mesures souffle par souffle ont été effectuées de l’absorption d’oxygène (VO2), de la sortie de dioxyde de carbone (VCO 2), de la ventilation minute (VE), de la pression partielle d’oxygène en fin de marée (PETO 2) et du dioxyde de carbone (PETCO2). La fréquence cardiaque (FC) a été enregistrée tous les intervalles de 1 seconde. La valeur la plus élevée au cours des 60 derniers temps d’exercice a été définie commeVO 2pic, VCO2pic,VE pic, pic de fréquencecardiaque, et le pic de l’impulsion d’oxygène (VO 2 /pic HR),PETO 2pic, PETCO2pic. Le seuil anaérobie (AT) a été défini par l’approche modifiée de la penteen V 29. La réserve de fréquence cardiaque (HRR) était définie comme 220 - a -HR Max pendant la phase d’exercice, où a représente l’âge et HRMax représente la fréquence cardiaque maximale.

signaux sEMG des membres inférieurs lors de la montée d’escaliers
Avant la pose des électrodes, les participants portaient des chaussures de sport Anta uniformément acquises et réalisaient cinq essais de négociation d’escaliers. Ces essais ont été réalisés à une vitesse de marche quotidienne auto-choisie et sans l’utilisation de rampe. Chaque marche était fixée à une largeur de 100 cm, une hauteur de 20 cm et une profondeur de 30 cm. Les vitesses de montée et de descente des escaliers étaient enregistrées par des systèmes de chronométrage infrarouge placés à la fois sur la première et la première marche. La vitesse moyenne ±10 % des vitesses sur les essais de négociation des cinq marches a été définie comme la vitesse normale. Les essais officiels dont les vitesses s’écartaient de la vitesse normale ont été exclus des analyses ultérieures.

La peau recouvrant les muscles cibles est ensuite préparée par un rasage, une abrasion légère avec du papier de verre à grain fin, puis un nettoyage à 70 % d’alcool pour réduire l’impédance et assurer un contact optimal. Après la préparation de la peau, des électrodes EMG de surface ont été placées sur le ventre musculaire cible. L’étude a utilisé un système sEMG sans fil pour mesurer les activités musculaires pendant la phase de posture à une fréquence d’échantillonnage de 2000 Hz. Des électrodes Ag/AgCl pré-gelisées adhésives (distance fixe entre électrodes de 10 mm) ont été placées bilatéralement sur le tibial antérieur (TA), la tête médiale du muscle gastrocnémien (MG), le biceps fémoral (BF), le rectus fémoral (RF), le vastus médialis (VM), le vastus latéral (VL). les muscles du fessier grand (GMAX) et du moyen fessier (GMED) (voir Tableau 2). Les participants ont ensuite réalisé une contraction isométrique volontaire maximale (MVIC) pour chaque muscle étudié, utilisée lors des tests de normalisation d’amplitude ( voir Tableau 3). Les participants ont été invités à effectuer l’action de test avec un effort maximal pendant 4 à 5 secondes. Un fort encouragement verbal a été apporté tout au long de chaque essai. Cette procédure a été répétée 3 fois avec un intervalle de repos de 2 minutes entre les essais afin de prévenir la fatigue. Après le test MVIC, les participants ont dû effectuer cinq essais réussis de montée et de descente d’escaliers à vitesse normale. Les données sEMG lors de la phase de position ont été sélectionnées aux troisième et quatrième marches de l’escalier de laboratoire personnalisé à huit marches.

Les signaux sEMG de phase de posture des tâches d’escalier et du MVIC étaient traités dans le logiciel Visual3D. Les données brutes ont d’abord été filtrées en bande-passe-bande (20-450 Hz), rectifiées en ondes complètes, lissées avec une fenêtre de racine carrée moyenne (RMS) de 50 ms, puis enfin filtrées en passe-bas à 6 Hz pour créer une enveloppe linéaire. La phase de position a été identifiée à partir de la force de réaction verticale du sol (seuil >10 N). L’enveloppe linéaire pour chaque phase de la posture a été normalisée dans le temps à 101 points et normalisée en amplitude à la valeur maximale correspondante de MVIC. Enfin, la RMS de chaque donnée sEMG normalisée pendant la phase de posture a été calculée pour refléter l’ampleur de l’activité musculaire. L’analyse s’est concentrée sur le genou le plus symptomatique chez les sujets des deux groupes. Si les symptômes des deux genoux étaient similaires, les données pour le membre dominant technologiquement ont été sélectionnées.

Analyse statistique
Toutes les analyses statistiques ont été réalisées à l’aide de SPSS Statistics 25.0. Toutes les variables étaient présentées en moyenne ±écart-type. Le test de Shapiro-Wilk a été utilisé pour tester la normalité de toutes les variables quantitatives. La différence de variables normalement distribuées de deux échantillons indépendants en termes de démographie, de fonction cardiopulmonaire et de RMS a été évaluée à l’aide de tests t à échantillons indépendants ; la différence entre variables de distribution asymétrique a été évaluée à l’aide du test de Kruskal-Wallis. Les scores IPAQ et les différences de notes K/L ont été évalués à l’aide du test Kruskal-Wallis. Le test du chi-carré a été utilisé pour comparer la différence de genre. Des corrélations entre différents et puissants paramètres de la fonction cardiopulmonaire (pic d’absorption d’oxygène (VO 2pic), ventilation volontaire maximale (MVV) et RMS (biceps fémoral (BF)) dans le groupe à risque de l’OA du genou avec MCV ont été détectées grâce aux corrélations de Spearman.

Résultats

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Caractéristiques des participants
Sur les 50 participants inclus dans cette étude, 29 faisaient partie du groupe OA du genou et 21 du groupe OA du genou avec un risque accru de MCV. Il n’y a pas eu de différences significatives entre les deux groupes en âge, taille, masse, IMC, répartition par genre, circonférence de taille, circonférence de la hanche, rapport taille-hanche ou grade K/L. De plus, le groupe OA du genou et celui de l’OA du genou avec un risque accru de MCV n’ont pas différé de manière significative dans les scores de30 du score de résultats pour l’arthrose du genou (KOOS) (voir Tableau 4).

Évaluation de l’activité physique
Comparé au groupe OA du genou, le groupe à risque d’OA du genou présentait des niveaux plus faibles d’activités à intensité vigoureuse (p = 0,044 ; voir Tableau 5). Ce niveau plus faible d’activité vigoureuse soutient l’hypothèse selon laquelle il y a une réduction de l’activité physique quotidienne chez les patients atteints d’arthrose du genou et à risque de MCV.

Test de la fonction pulmonaire
Comparé au groupe OA du genou, le groupe à risque d’OA et de MCV du genou présentait une ventilation volontaire maximale plus faible (MVV ; p = 0,004 ; voir Tableau 6). Cette MVV plus faible soutient l’hypothèse que les patients atteints d’OA du genou et d’un risque élevé de MCV présentent une fonction pulmonaire altérée.

Test d’effort cardiopulmonaire
Cependant, aucune différence significative n’a été observée entre les deux groupes en matière de fitness cardiopulmonaire ( voir tableau 6). Contrairement à l’hypothèse actuelle, l’augmentation du risque cardiovasculaire n’était pas associée à une réduction significative de la santé cardiorespiratoire chez les patients atteints d’arthrose du genou.

signaux sEMG des membres inférieurs lors de la montée d’escaliers
En ce qui concerne les paramètres d’activation musculaire, comparé au groupe OA du genou, le groupe à risque de DCV du genou a montré une activation plus importante de la BF à la fois lors de la montée des escaliers (p = 0,013) et de la descente (p = 0,001 ; voir Tableau 7). L’activation accrue de la BF soutient l’hypothèse d’une modification des schémas d’activation des muscles des membres inférieurs lors de la montée d’escaliers chez les patients atteints d’arthrose du genou présentant un risque cardiovasculaire élevé. De plus, la RMS de la BF lors de la montée des escaliers a été significativement corrélée à la MVV dans l’arthrose du genou avec le groupe à risque de MCV (r = −0,452, p = 0,040 ; voir Tableau 8). Cette corrélation soutient l’hypothèse selon laquelle des schémas anormaux d’activation des muscles des membres sont associés à un déclin de la fonction pulmonaire chez les patients présentant de l’arthrose du genou et un risque de maladies cardiovasculaires.

Comparé au groupe genou, l’OA du genou dans le groupe à risque de maladies cardiovasculaires présente des niveaux d’activités vigoureuses significativement plus faibles, un MVV plus faible et une activation plus importante de la grasse grasse lors de la montée d’escaliers. De plus, il existe une corrélation négative entre le faible MVV et une plus grande activation de la BF dans l’OA du genou avec le groupe à risque de MCV.

Disponibilité des données :
Les ensembles de données bruts et traités générés lors de cette étude contiennent des informations sensibles sur les patients et ne sont pas disponibles publiquement sous forme complète et non traitée afin de protéger la vie privée des patients. Les données désidentifiées et traitées sont disponibles sur demande raisonnable de l’auteur correspondant. Toutes les demandes nécessitent l’approbation du Comité d’éthique du Tiers Hôpital Populaire de la province du Fujian. Les données brutes sont archivées sur les serveurs sécurisés de l’Hôpital du Tiers Peuple de la province du Fujian et seront conservées pendant au moins 10 ans après leur publication.

Figure 1
Figure 1 : Diagramme de flux de l’expérience totale. Abréviations : K/L = Kellgren / Lawrence, CVD = maladie cardiovasculaire, China-PAR = Prédiction du risque de maladie cardiovasculaire d’athérosclérose en Chine, OA = arthrose, IPAQ = Questionnaire international d’activité physique, sEMG = électromyographie de surface. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Tableau 1 : Protocole Bruce modifié du programme spécifique au test sur tapis roulant. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 2 : placement du sEMG. Abréviations : GMAX = fessier maximal, GMED = muscles fessiers médiums, BF = biceps fémoral, VM = vastus médial, VL = vastus latéral, RF = rectus fémoral, TA = tibial antérieur, MG = tête médiale du muscle gastrocnémien, ASIS = colonne antérieure antérieure, PSIS = colonne postérieure supérieure. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 3 : Test MVIC musculaire. Abréviations : MVIC = contraction isométrique volontaire maximale, GMAX = fessier maximal, GMED = muscles fessiers médiens, BF = biceps fémoral, VM = vastus medialis, VL = vastus latéral, RF = rectus fémoris, TA = tibial antérieur, MG = tête médiale du muscle gastrocnémien. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 4 : Caractéristiques de deux groupes. # : données distribuées assorties, * : données distribuées normalement, & : données catégorielles. Abréviations : IMC = indice de masse corporelle, grade K/L = grade Kellgren/Lawrence, KOOS = score de résultats pour l’arthrose du genou. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 5 : L’activité physique a été évaluée par l’IPAQ en deux groupes. # : données distribuées biaisées. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 6 : Fonction cardiopulmonaire des deux groupes. # : données distribuées biaisées, * : données normalement distribuées. Abréviations : VC = capacité vitale, FVC = capacité vitale forcée,FEV 1 = volume expiratoire forcé en 1 s,FEV 1/FVC = volume expiratoire forcé en une seconde/capacité vitale forcée, MVV : ventilation volontaire maximale, VO2pic = pic d’absorption d’oxygène, RER = taux d’échange respiratoire, VCO2pic = pic de dioxyde de carbone,VE pic = pic de la ventilation minute, pic defréquence cardiaque = pic de fréquence cardiaque, HRR = réserve de fréquence cardiaque, VO2/HR pic = pic de l’impulsion d’oxygène, PETO2 pic = pic de pression partielle de l’oxygène de fin de marée, PETCO2pic = pic de pression de dioxyde de carbone de fin de marée, AT = seuil anaérobie. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 7 : Activation des muscles des membres inférieurs lors de la montée des escaliers des deux groupes. # : données distribuées biaisées, * : données normalement distribuées. Abréviations : GMAX = fessier maximal, GMED = fessier médien, RF = rectus fémoral, VL = vastus latéral, VM = vastus medialis, BF = biceps fémoral, TA = tibial antérieur, MG = tête médiale du muscle gastrocnémien. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 8 : Coefficients de corrélation de Pearson entre la RMS de la glycémie grasse et la fonction cardiopulmonaire. Abréviations : BF = biceps fémors, VO2pic = pic d’absorption d’oxygène, MVV = ventilation volontaire maximale. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Discussion

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Il s’agit de la première étude étudiant la fonction cardiopulmonaire, l’activation musculaire et leur relation chez des personnes présentant une arthrose du genou et un risque accru de MCV. Conformément à cette hypothèse, nous avons observé que les personnes présentant une OA du genou et un risque accru de MCV présentent une ventilation volontaire maximale (MVV) significativement plus faible, une activation plus importante du biceps fémoral (BF) lors de la montée des escaliers, et des niveaux d’activités vigoureuses plus faibles. De plus, cette étude a trouvé une relation négative entre la MVV et l’activation de la FC lors de la montée des escaliers.

Avec un risque accru de MCV, les personnes atteintes d’arthrose du genou sont limitées dans leur activité physique, en particulier en activité vigoureuse. Le manque d’activité physique est le4e facteur de risque de mortalité mondiale et a une influence significative sur la prévalence des maladies, notamment l’arthrose et lesMCV 5. La relation entre l’activité vigoureuse, l’arthrose du genou et le risque de MCV est variable et dynamique : une étude précédente a démontré que, bien qu’une activité vigoureuse apporte des bénéfices plus importants à l’arthrose que l’activité légère31, une période prolongée d’activité vigoureuse peut avoir des effets néfastes sur les défauts du cartilage médial du genou et aggraver la douleur, ce qui peut inciter les personnes atteintes d’arthrose du genou à éviter une activité physiquevigoureuse 32, 33. Pour les personnes présentant un risque accru de MCV, la participation à toute activité physique est associée à un risque plus faible de MCV, mais une activité vigoureuse présente le plus grand bénéfice pour le risquecardiovasculaire 34. Cependant, les personnes présentant un risque accru de maladies cardiovasculaires craignent souvent qu’une activité vigoureuse soit intolérable et puisse entraîner des événements cardiovasculaires35. Par conséquent, nous suggérons que les personnes atteintes d’arthrose du genou présentant un risque accru de MCV peuvent éviter une activité physique vigoureuse en raison des symptômes d’arthrose du genou combinés à la peur d’événements cardiovasculaires.

De plus, cette étude a révélé que les personnes présentant une OA du genou et un risque accru de MCV présentaient un MVV plus faible que celles avec une OA isolée du genou. Une VVV plus faible indique une diminution de l’endurance des muscles respiratoires chez les personnes atteintes d’arthrose du genou et un risque accru deMCV 36. La baisse du MVV peut être influencée par des comorbidités telles que le diabète sucré et l’hypertension, qui peuvent entraîner des complications microvasculaires affectant finalement l’endurance des musclesrespiratoires 36,37,38. Dans cette étude, la plupart des participants du groupe à risque accru de l’OA du genou et des MCV augmentées présentaient un diabète sucré et de l’hypertension, ce qui pourrait avoir contribué à la diminution du VV observé. Un VVM plus faible peut limiter la capacité d’une personne à maintenir une ventilation plus élevée et prolongée pour répondre aux besoins d’échange gazeux pendant l’exercice, conduisant finalement à une réduction de l’activité physique modérée àvigoureuse 36,39,40. Ainsi, les personnes atteintes d’OA du genou et d’un risque accru de MCV évitaient une activité physique vigoureuse, qui peut également être associée à une diminution de la fonction pulmonaire.

Cependant, cette constatation est incompatible avec notre hypothèse, car les personnes présentant une OA du genou et un risque accru de maladies cardiovasculaires ne présentaient pas de diminution significative de leur aptitude cardiopulmonaire. Traditionnellement, leVO 2pic est un indicateur puissant de la forme cardiopulmonaire, un VO2pic plus faible étant associé à une plus grande tendance à développer un risque futurde MCV 41. Dans cette étude, les individus présentant une OA du genou et un risque accru de MCV n’ont montré qu’une légère réduction duVO 2pic. Nous supposons que cela pourrait être dû au fait que le volume total d’activité physique quotidienne n’a pas été réduit chez ces individus. Une étude précédente a montré que, comparée à une activité d’intensité modérée, l’activité vigoureuse a un effet supérieur sur lepic de VO 2, mais le volume d’entraînement est également un facteurimportant 42. Dans cette étude, bien que les personnes présentant une arthrose du genou et un risque accru de MCV aient montré une évitement de l’activité vigoureuse, la quantité d’activité vigoureuse est limitée chez les personnes présentant une arthrose isolée du genou. De plus, il n’y a pas eu de différence significative dans le volume total d’activité entre les deux groupes. Ces résultats peuvent aider à expliquer les résultats obtenus.

Les difficultés et la douleur dans la montée des escaliers, souvent les premiers signes de l’arthrose du genou (OA), peuvent provenir de schémas anormaux d’activation des muscles du membre inférieur, qui modifient la charge articulairedu genou. Dans cette étude, les personnes présentant une arthrose du genou et un risque accru de MCV ont montré une activation plus importante du muscle biceps fémoral (BF) lors de la montée et de la descente des escaliers par rapport à celles ayant une OA isolée du genou. La BF est anatomiquement reliée aux articulations de la hanche et du genou, et son activation joue un rôle dans la flexion du genou ainsi que dans l’extension43 de la hanche. Comme cela a été documenté précédemment, la faiblesse du quadriceps est fréquente dans l’arthrose du genou, et une activation accrue de la balle grasse compense ce dysfonctionnement en déplaçant la charge vers l’articulation de la hanche nonaffectée 43,44. De plus, l’activation accrue de la grasse corporelle aide à stabiliser l’articulation du genou en augmentant la production de force de compression et en réduisant la translation antérieure dutibia 43,45. Cependant, des modifications de l’activation de la grasse grasse peuvent perturber la répartition normale de la charge du genou, aggravant potentiellement la progression del’OA 43 du genou.

Conformément à cette hypothèse, dans la présente étude, les individus présentant une OA du genou et un risque accru de MCV ont montré une corrélation négative modérée entre une activation plus élevée de la BV et une MVV plus faible. Similaire à cette étude, une étude précédente avait montré que la MVV était associée à un muscle périphérique chez les personnes atteintes de la drépanocytose46. La diminution de la force et de la forme physique des muscles respiratoires est liée à une diminution de la force de prisedes mains 46. Dans la présente étude, la stratégie visant à compenser la faiblesse du quadriceps par une activation plus élevée de la FC peut entraîner une apraxie motrice du quadriceps et aggraver l’arthrose chez les personnes présentant un risque d’arthrose du genou et de MCV. Un dysfonctionnement grave du quadriceps affecte négativement l’activité physique modérée àvigoureuse 47, ce qui peut être associé à un dysfonctionnement des muscles respiratoires et conduire finalement à une diminution de laMVV 48,49.

Pour valider davantage notre hypothèse, plusieurs approches alternatives pourraient être employées. Par exemple, des examens d’imagerie (IRMf ou radiographie) pouvaient visualiser directement les modifications structurelles musculaires et articulaires associées au genou, fournissant une corroboration anatomique des résultats comportementaux/physiologiques de cette étude. De plus, un suivi longitudinal de cohorte serait inestimable pour déterminer la trajectoire à long terme et les résultats cliniques du phénomène observé, établissant la causalité au-delà des associations identifiées dans le plan transversal actuel.

La corrélation négative entre une activation plus élevée de la BF et une MVV plus faible suggère également la valeur de la sEMG comme méthode non invasive pour identifier des schémas d’activité musculaire aberrants lors de la marche des escaliers, ce qui pourrait aider à caractériser les caractéristiques cliniques chez les personnes souffrant d’arthrose du genou (OA) et d’un risque accru de maladie cardiovasculaire (MCV).

Limitations
Plusieurs limites doivent être prises en compte lors de l’interprétation des résultats de cette étude. Premièrement, le score de risque des MCV calculé à l’aide du China-PAR est influencé par plusieurs facteurs, notamment le diabète, l’hyperlipidémie, l’hypertension et le tour de taille. Cependant, l’étude est une étude cas-témoins avec un échantillon de petite taille, ce qui peut introduire un biais statistique. Les recherches futures devraient élargir la taille de l’échantillon et stratifier les participants selon le niveau de risque (faible, moyen, élevé). Les études ultérieures devraient inclure des essais d’intervention, des cohortes multicentriques ou des investigations mécanistes pour vérifier les associations observées. De plus, la majorité des individus du groupe à risque élevé de l’OA du genou et des maladies cardiovasculaires augmentées n’avaient que le risque de MCV, plutôt qu’un diagnostic définitif de maladie cardiovasculaire, ce qui pourrait limiter la généralisabilité des résultats. Des études complémentaires sont nécessaires pour étudier la biomécanique et la fonction cardiopulmonaire des personnes atteintes d’arthrose du genou et de MCV.

Conclusions
Cette étude a révélé que les personnes présentant un risque d’arthrose du genou et de MCV présentaient une diminution relativement moindre de la condition cardiopulmonaire comparées à celles ayant une arthrose isolée du genou. Cependant, ils ont également montré une tendance à éviter une activité physique vigoureuse, ainsi qu’une diminution de la fonction pulmonaire et une activation accrue du muscle biceps fémoral. De plus, une corrélation négative a été observée entre une réduction de la MVV et une activation élevée de la VVM.

Ces résultats suggèrent deux implications clés : premièrement, le sEMG sert d’outil précieux non invasif pour caractériser les caractéristiques cliniques chez les patients à risque atteints d’arthrose du genou en détectant des schémas d’activation musculaire aberrants lors de la marche des escaliers. Deuxièmement, les interventions d’exercice adaptées à cette population devraient d’abord se concentrer sur le rétablissement de l’équilibre musculaire autour du genou, suivies d’intégrer progressivement des activités vigoureuses pour améliorer la condition cardiopulmonaire et la fonction pulmonaire.

Déclarations de divulgation

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Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts.

Remerciements

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Les auteurs sont reconnaissants envers tous les participants. Les auteurs reconnaissent également le Centre d’examen physique et le département d’imagerie du Tiers Hôpital du Peuple de la province du Fujian, pour le dépistage des participants. Cette étude est financée par le Département provincial des sciences et technologies du Fujian (Projet de subvention numéro 2020Y0053), le projet national de construction de disciplines cliniques clés de Chine (Z155080000004), le Centre de recherche en médecine de rééducation de Shanghai (Centre de recherche prioritaire de Shanghai) (2023ZZ02027), la Fondation des sciences naturelles de la province du Fujian (subvention 2025-P-005, 2025E3005), Key Laboratory Open Subject (projet numéro de subvention ZD2020-4-1), et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (projet de subvention numéro 82074515).

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Électrocardioscanner dynamiqueGE Healthcare2019001977Surveillance en temps réel, réutilisable
Système de test de la fonction pulmonaireCarefusion Allemagne 234 GmbHV-919016Surveillance en temps réel, réutilisable
Tapis de courseTapis roulant HLP/COSMOS180409Courroie de chenilles, vitesse et pente ajustables
Système de biofeedback sans filDelsysSP-W02C-1096Sans fil, biofeedback EMG, réutilisable

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Surface ElectromyographyPhysical ActivityCardiopulmonary Exercise TestBiceps Femoris ActivationStair ClimbingMaximum Voluntary Ventilation

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