Summary
Cette étude a étudié les caractéristiques biomécaniques des variables cinématiques de l’extrémité inférieure entre la phase initiale et terminale de 5 km de course sur tapis roulant. Les données cinématiques des membres inférieurs de 10 coureurs ont été recueillies à l’aide d’un système tridimensionnel de capture de mouvement sur un tapis roulant à la phase initiale (0,5 km) et à la phase terminale (5 km), respectivement.
Abstract
La course à pied est bénéfique pour la santé physique, mais elle s’accompagne également de nombreuses blessures. Cependant, les principaux facteurs menant à la blessure de course restent inexpliqués. Cette étude a étudié les effets de la longue distance de course sur les variables cinématiques des membres inférieurs et la différence cinémamatique des membres inférieurs entre la phase initiale (IR) et terminale (TR) de 5 km de course a été comparée. Dix coureurs amateurs ont couru sur un tapis roulant à la vitesse de 10 km/h. Des données cinématiques dynamiques ont été recueillies à la phase d’IR (0,5 km) et de TR (5 km), respectivement. L’angle de pointe, les vitesses angulaires de pointe et la plage de mouvement ont été enregistrés dans cette expérience. Les principaux résultats ont démontré ce qui suit : l’eversion de cheville et l’enlèvement de genou ont été augmentés à TR ; Rom de la cheville et du genou ont été augmentés dans le plan frontal à TR que IR; une plus grande vitesse angulaire de pointe de la dorsiflexion de cheville et de l’interrotation de hanche ont été trouvées dans TR comparées à IR. Ces changements au cours de la course longue distance peuvent fournir des détails précis pour explorer les raisons potentielles de blessures en cours d’exécution.
Introduction
La course à pied est le sport le plus populaire dans le monde. Il ya un grand nombre de personnes qui courent et ce nombre augmente considérablement chaque année1. Il a été suggéré que la participation à l’exercice régulier, y compris la course à pied peut promouvoir la santé, réduire le risque de maladies cardiovasculaires et ainsi améliorer l’espérance de vie2,3,4. Malgré les avantages importants pour la santé de la course à pied, l’incidence des blessures en cours d’exécution est passée de 25 % à 83 % au cours des années5,,6. Il y a certains risques associés à la course, en particulier aux extrémités inférieures, qui sont principalement axées sur les blessures musculo-squelettiques7. La majorité des blessures courantes liées au fonctionnement sont liées à la douleur patellofemorale, entorse de la cheville, fractures de stress tibial, et fasciite plantaire8. Les blessures en cours d’exécution peuvent être induites par de nombreux facteurs, tels que les modèles incorrects de frappe du pied, la sélection incorrecte de chaussures, et d’autres facteurs biomécaniques individuels9. Par exemple, courir avec un modèle talon-grève peut conduire à une plus grande pronation, et est accompagné d’une plus grande pression plantaire sur le côté médial du pied, ce qui peut conduire à un risque plus élevé pour la tendinopathie d’Achille et la douleur patellofemorale10. En outre, courir avec une rotation interne plus grande de genou a été précédemment rapporté pour être associé au syndrome iliotibial de bande pour les coureurs féminins11, particulièrement en courant de longues distances.
Les paramètres de la cinétique, de la cinématique et des composants de l’espace-temps peuvent fournir une analyse précise de la biomécanique de la démarche et sont actuellement considérés comme un paramètre important pour l’analyse clinique de la démarche12. Les forces de réaction verticales inférieures au sol et les accélérations d’impact plus importantes sont recodées après la course à longue distance13,14. Une excursion plus élevée de hanche et de plus petites flexions de genou ont également été trouvées avec des muscles fatigués15, et la fréquence accrue de foulée peut avoir comme conséquence des longueurs réduites de foulée13,,16.
Cependant, les changements dans les caractéristiques biomécaniques des membres inférieurs à la phase de fonctionnement initial et terminal n’ont pas été entièrement analysés, puisque la plupart des études ont mesuré la variation biomécanique après exécution. En outre, seules quelques études utilisent des techniques de laboratoire standard pour évaluer les effets de la course longue distance sur les changements biomécaniques de la démarche chez les coureurs amateurs. Les principaux facteurs qui entraînent des blessures sont encore flous. Par conséquent, afin de révéler les raisons sous-jacentes pour les blessures aux extrémités inférieures causées par la course longue distance, cette étude vise à comparer les changements biomécaniques de l’extrémité inférieure entre les phases IR et TR dans le tapis roulant 5 km de course dans les coureurs amateurs.
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Protocol
Le consentement écrit et éclairé a été obtenu auprès des sujets et les procédures d’essai ont été approuvées par le comité d’éthique de l’université. Tous les participants ont été informés des exigences et du processus de l’essai.
1. Préparation en laboratoire
- Pendant l’étalonnage, éteignez les lumières et retirez d’autres objets éventuellement réfléchissants. Assurez-vous que huit caméras sont bien placées et ont une vue claire sans réflexion.
- Ouvrez le programme Vicon Nexus 1.8.5, puis initialisez les caméras. Sélectionner le système | Système local | Caméras MX dans le volet Ressources et les caméras s’engagent.
REMARQUE : Dans le volet Propriétés, les paramètres doivent être ajustés. La plage de valeurs de l’intensité stroboscopique est ajustée à 0,95-1, et la plage de valeur du seuil est définie à 0,2-0,4. Définissez le mode gris sur Automatique. Le rapport de circularité minimale est défini à 0,5, et le gain à 1 (x1), la hauteur de blob max à 50, et sélectionnez Activer les LED. - Placez le cadre T au centre de la zone de capture, sélectionnez toutes les caméras du système et utilisez le mode 2D. Confirmez que le cadre T est dans la vue de la caméra sans aucun point d’interférence. Sélectionnez le premier élément Préparation du système dans la barre d’outils. Dans la liste déroulante T-Frame, sélectionnez l’objet d’étalonnage 5 marqueurs baguette et t-frame.
- Dans le volet Outils de préparation du système, cliquez sur le bouton Démarrer sous la section Caméras masquées. Cliquez ensuite sur le bouton Démarrer sous La section Calibrer la caméra MX.
REMARQUE : Lorsque le processus d’étalonnage est terminé, la barre de progression est rétablie à 0 %. - Placez le cadre T au centre de la caméra pour établir l’origine des coordonnées.
- Dans le volet Outil, cliquez sur le bouton Démarrer sous la section Définir l’origine du volume.
- Placez le tapis roulant au centre de la zone d’essai. Les huit caméras sont affichées autour du tapis roulant (Figure 1).
- Attachez un total de 22 marqueurs réfléchissants (diamètre : 14 mm) avec du ruban adhésif à double face sur les sujets à l’avance.
Figure 1 : Mise en page du site d’essai. Les caméras captent le mouvement des membres inférieurs pendant que les sujets courent sur le tapis roulant. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
2. Préparation des sujets
- Avant l’essai, interviewez les sujets en laboratoire et donnez une explication simple des procédures expérimentales. Demandez ensuite aux participants de remplir un questionnaire. Résumez les résultats de ces questionnaires.
- Utilisez les questions suivantes :
- Combien de fois courez-vous en une semaine?
- Depuis combien d’années courez-vous ?
- Avez-vous subi des blessures à l’extrémité inférieure ou subi des chirurgies de l’extrémité inférieure au cours des six derniers mois?
- Combien de kilomètres courez-vous par semaine?
- Utilisez les questions suivantes :
- Utilisez les critères d’inclusion suivants : tous les participants étaient dominants à la jambe droite et sans aucune blessure à l’extrémité inférieure au cours des six mois précédents avant l’étude. Tous les participants couraient au moins 15 km par semaine.
REMARQUE : Dix coureuses de loisirs en bonne santé (âges : 23,4±1,3 ans; hauteur : 160,7±3,8 cm; masse : 50,3±2,3 kg; années de course : 3,2±1,2 ans) ont été sélectionnées.- Obtenir le consentement écrit des participants qui répondent aux critères d’inclusion.
- Exiger que les participants portent des collants et des pantalons uniformes.
- Enregistrez la hauteur (mm), le poids (kg), la longueur des membres inférieurs (mm), la largeur du genou (mm) et la largeur de la cheville (mm) pour le modèle statistique.
- Placez 16 marqueurs réfléchissants sur les sujets aux endroits suivants : colonne vertébrale iliaque antérieure-supérieure, colonne vertébrale iliaque postérieure-supérieure, mid-cuisse latérale, genou latéral, mid-shank latéral, malléolus latéral, deuxième tête métatarsienne, et calcaneus. Placez les marqueurs sur la deuxième tête métatarsienne et le calcanée sur les points anatomiques correspondants des chaussettes et des chaussures.
- Demandez aux participants de porter des chaussures de course sport uniformes. Demandez aux participants de se réchauffer avec la lumière en cours d’exécution et l’étirement pendant 5 min.
3. Étalonnage statique
- Cliquez sur le bouton Gestion des données de la barre d’outils, sélectionnez Gestion des données. Cliquez sur l’onglet Nouvelle base de données de la barre d’outils, sélectionnez l’emplacement , décrivez le nom de l’essai et le modèle location clinique, puis cliquez sur le bouton Créer.
- Dans la fenêtre Ouvrir la base de données, sélectionnez le nom de la base de données créée. Dans l’interface ouverte, cliquez sur le bouton Vert Nouvelle classification des patients, le bouton Jaune Nouveau patient et le bouton Gris Nouvelle session pour créer les informations expérimentales, y compris le type de sujet, le nom du sujet et l’état d’action différent.
- Retournez dans le volet Nexus, dans la barre d’outils de gauche, cliquez sur Sujets pour créer un jeu de données Nouveau sujet, puis choisissez le modèle d’essai. Dans le volet Propriétés, remplissez toutes les mesures anthropométriques : hauteur (mm), poids (kg), longueur des membres inférieurs (mm), largeur du genou (mm) et largeur de la cheville (mm).
- Cliquez sur le bouton Aller en direct, sélectionnez Spilt horizontalement et choisissez le graphique pour vérifier le nombre de trajectoires.
REMARQUE : Assurez-vous que tous les marqueurs sont visibles dans la vue Perspective 3D. Cela indique que tous les marqueurs peuvent être capturés pour analyse. - Préparez-vous à capturer le modèle statique. Dans le volet Outils de capture, cliquez sur le bouton Démarrer dans la section Capture d’objet.
REMARQUE : Pendant tout le processus de collecte de données, les sujets doivent rester stationnaires dans la zone de capture pour recueillir 140 à 200 images. Cliquez ensuite sur le bouton Arrêter. - Dans le volet de perspective, affichez les marques de capture. Cliquez sur le bouton Pipeline dans le volet Outils, sélectionnez Exécuter le pipeline de reconstruction pour créer une image 3D des marqueurs capturés. Ensuite, étiquetez manuellement le modèle statique. Lorsque l’identification est terminée, enregistrez et appuyez sur ESC pour qu’il sorte.
- Dans la barre d’outils, choisissez la préparation du sujet et l’étalonnage du sujet. Sélectionnez l’option démarche plug-in statique dans la liste déroulante. Dans le volet Paramètres statiques, choisissez le pied gauche et le pied droit,cliquez sur le bouton de démarrage et enregistrez le modèle statique.
4. Essais dynamiques
- Lorsque vous avez terminé la collecte des données statiques, sélectionnez Capture dans la barre d’outils droite. Choisissez Type d’essai et session de haut en bas et remplissez la description de l’essai.
- Demandez aux participants de courir sur le tapis roulant de la manière suivante.
- Réchauffez-vous en marchant à 8 km/h pendant 1 min.
- Demandez au participant de courir sur le tapis roulant à une vitesse de 10 km/h. Après une période d’adaptation de 4 min à cette vitesse, enregistrez les données de course pour 40 s. Recueillir les données cinématiques à une distance de 0,5 km et 5 km, respectivement.
- Demandez aux sujets de porter un moniteur de fréquence cardiaque pour enregistrer la fréquence cardiaque et surveiller l’état de fatigue des sujets pendant la course.
- Dans le volet Capture d’outils, cliquez sur le bouton Démarrer. Après avoir recueilli les essais dynamiques, cliquez sur Arrêter pour terminer la collection.
5. Post-traitement
- Ouvrez la fenêtre Gestion des données, double-cliquez sur le nom d’essai. Cliquez sur le bouton Reconstruire le pipeline et les étiquettes de l’exécution dans la barre d’outils pour reconstruire la position du point de marque.
- Dans la fenêtre Perspective, déplacez les triangles bleus sur la barre de temps pour définir la plage de temps requise.
- Déplacez la vue de la chronologie de sorte qu’elle affiche uniquement la plage sélectionnée, cliquez sur la barre d’heure, puis cliquez sur Zoom vers région d’intérêt.
- À ce stade, sélectionnez le bouton Étiquette pour identifier et vérifier les points d’étiquette, avec les mêmes étapes que le processus d’identification statique. Si nécessaire, compléter certains points d’identification incomplets. Supprimez les marques non étiquetées.
- Dans le volet Étalonnage des sujets, sélectionnez la démarche dynamique plug-in Gait. Cliquez sur le bouton Démarrer pour exécuter les données. Exporter des essais motorisés en format c3d pour le post-traitement.
6. Analyse des données
- Traiter les données de la cinématique. Appliquez un filtre Butterworth à passage bas de quatrième ordre avec une fréquence de coupure de 10 Hz (cinématique) avant d’exporter les données d’angle commun. Exporter les données de l’angle commun.
- Calculer la plage de mouvement (ROM), l’angle de pointe et la vitesse angulaire maximale des articulations des membres inférieurs (hanche, genou et cheville) dans trois plans (sagittal, frontal et transvers) au cours d’une phase de position.
7. Analyse statistique
- Utiliser l’échantillon en T pour comparer la cinématique des membres inférieurs (angles de pointe, ROM, vitesse angulaire maximale) entre la phase initiale (IR) et la phase terminale (TR) de 5 km de course.
- Calculer les valeurs moyennes et les écarts types des cinq essais valides de chaque sujet pour différentes distances de course. Définissez le niveau d’importance à p < 0,05.
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Representative Results
Les résultats ont montré qu’aucune différence dans l’angle de pointe de la cheville et de la hanche n’a été observée dans le plan sagittal. Par rapport à l’IR, les angles de pointe de la cheville et du genou dans le plan frontal ont été considérablement augmentés à TR. Un plus grand angle interne de hanche a été trouvé dans TR comme opposé à IR. Cependant, TR a présenté un angle de pointe plus petit dans l’enlèvement de hanche, l’interrotation de cheville, et l’interrotation de genou que IR (Figure 2).
Dans le plan sagittal, les ROM de la cheville et du genou ont été significativement augmentés en IR par rapport à TR. Dans le plan frontal, rom de hanche a été sensiblement diminué dans TR comparé à IR, tandis que les ROM de la cheville et le genou a été augmenté dans TR que IR. Dans le plan transversal, le ROM du genou s’est avéré significativement plus faible dans le TR par rapport à la course IR, mais aucune différence n’a été trouvée dans les ROM de la cheville et de la hanche (Figure 3).
Les changements de vitesse angulaire maximale entre l’IR et le TR ont également été évalués. Dans le plan sagittal, il n’y avait aucune différence significative dans la vitesse angulaire maximale des articulations de la hanche et du genou tout au long de l’expérience. Une plus grande vitesse angulaire de crête de cheville a été notée dans TR. Dans la phase de position, la vitesse angulaire plus petite de l’enlèvement de hanche et la vitesse d’enlèvement de genou ont été indiquées à TR. La vitesse angulaire maximale de l’interrotation de la hanche a augmenté à TR. Il n’y avait aucune différence significative dans l’eversion de cheville, la vitesse d’interrotation de genou et de cheville tout au long de la course.
Figure 2. Angle de pointe pour la cheville, le genou et la hanche en sagittal (A), frontal(B) et transvers(C) au cours d’un cycle de démarche (IR N=10; TR: N=10). Des différences significatives entre l’IR et la TR sont notées avec un astérisque (*). Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3. Changements dans le ROM commun pendant le cycle de démarche IR- vs.TR (valeurs moyennes). * Signification statistique. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
| Vitesse angulaire maximale (deg/s) |
Ir Moyenne±SD |
Tr Moyenne±SD |
valeur p |
| Flexion de la hanche | 182,58±38,38 | 130,00±47,80 | 0.075 |
| Flexion du genou | 221,88±22,90 | 266,00±26,36 | 0.07 |
| Dorsiflexion de cheville | 326,11±20,49 | 344,85±43,76 | 0.046* |
| Enlèvement de la hanche | 256,06±47,31 | 245,54±38,17 | 0.000* |
| Enlèvement du genou | 128,65±17,04 | 96,14±15,50 | 0.041* |
| Ankle Eversion | 235,43±41,68 | 232,95±11,60 | 0.915 |
| Rotation de l’ist. de la hanche | 195,92±7,85 | 302,32±29,14 | 0.012* |
| Rotation de l’itt du genou | 353,83±66,05 | 355,26±39,74 | 0.912 |
| Rotation de l’ante. | 135,01±42,77 | 146,85±23,60 | 0.664 |
Tableau 1. Comparaisons de la vitesse angulaire maximale du genou, de la hanche et de la cheville avant et après la course. Des différences significatives entre l’IR et la TR sont notées avec un astérisque (*).
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Discussion
Cette étude a comparé l’effet de la course longue distance sur les caractéristiques biomécaniques de l’extrémité inférieure chez les coureurs amateurs. Il a été constaté que l’angle de pointe de l’eversion de la cheville et l’enlèvement du genou a augmenté après 5 km de course, ce qui est compatible avec une étude précédente17. Des études ont montré que l’inession excessive de la cheville et la vitesse d’insession sont des facteurs importants qui augmentent le risque de blessures à la cheville18,19. Il n’est pas surprenant que le genou ROM a augmenté à TR de 5 km de course parce que des études ont montré que la cinématique du genou sont affectés par la course longue distance15,17.
De même, la plage d’angle de rotation du genou est réduite dans le plan transversal. Une des raisons peut être expliquée parce que le coureur n’a pas connu la fatigue à TR20. Par rapport à IR, l’angle de pic d’interrotation de hanche était plus grand dans TR. Des études antérieures ont indiqué qu’un angle accru d’interrotation de la hanche peut conduire à des fractures de stress du tibia21. Il a également été rapporté que la vitesse angulaire d’interrotation de hanche a été associée à des dommages de muscle22,23. Dans cette étude, la vitesse angulaire de l’interrotation de la hanche était plus grande à TR. L’instabilité de la hanche est considérée comme un mécanisme important pour les blessures des membres inférieurs24.
Les résultats présentés ici dépendent de nombreuses procédures au cours de l’expérience. Tout d’abord, les lumières doivent être éteintes et d’autres objets réfléchissants possibles doivent être enlevés. Il est important de s’assurer que le volume de capture est entièrement exempt d’objets qui peuvent provoquer des réflexions indésirables. Deuxièmement, il est essentiel de sélectionner les paramètres souhaités dans le volet Capture d’outils pour capturer une version d’essai. Troisièmement, avant de commencer l’essai, le tapis roulant doit être placé au centre de la zone d’essai. En outre, il y a d’autres limites potentielles dans cette étude. Seulement 10 coureurs amateurs ont été recrutés pour cette expérience. Une autre limitation de cette étude pourrait être liée à la distance de course. Les études futures devraient se concentrer sur l’effet de différentes distances avec différentes chaussures de course sur les activités musculaires et les moments articulaires.
Les résultats de cette étude indiquent que différents niveaux de risque de blessure peuvent exister pour l’IR et le TR de 5 km de course. Les coureurs doivent organiser des plans d’entraînement en cours d’exécution scientifiquement, renforcer les capacités d’équilibre avant et pendant l’entraînement, et choisir des chaussures de course avec des fonctions d’amorti pour réduire les risques de blessures de la cheville et l’articulation du genou.
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Disclosures
Les auteurs n’ont signalé aucun conflit d’intérêts potentiel.
Acknowledgments
Cette étude est parrainée par la National Natural Science Foundation of China (81772423), le Fonds K. C. Wong Magna de l’Université de Ningbo et le National Key R&D Program of China (2018YFF0300903).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 14 mm Diameter Passive Retro-reflective Marker | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n=22 | |
| Double Adhesive Tape | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | For fixing markers to skin | |
| Heart Rate | Garmin, HRM3-SS, China | Detection of fatigue state | |
| Motion Tracking Cameras | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n= 8 | |
| T-Frame | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | |
| Treadmill | Smart Run,China | Subject run on the treadmill for all the process. | |
| Valid Dongle | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | Vicon Nexus 1.4.116 | |
| Vicon Datastation ADC | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - |
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