Système à poulies mouflées de P. Bessou ou « locomètre » 

Facteurs de variabilité interindividuelle de la marche

En dehors des situations pathologiques, divers facteurs ont une influence sur la démarche des sujets (Doutrellot, 1992).
– Longueur des membres inférieurs :
Il est admis depuis longtemps que la longueur des membres inférieurs influence la longueur et la fréquence du pas ainsi que la vitesse de marche (Grieve et Gear, 1966 ; Scrutton, 1969 ; Beck et al., 1981 ; Norlin et al., 1981 ; Sutherland et al., 1988 ; Todd et al., 1989 ; Wheelwright et al., 1993). La mesure de cet élément n’est pas fréquemment rapportée dans les publications. Plus souvent, les auteurs font référence à la taille du sujet. Pour certains (Sutherland et Hagy, 1972 ; Beck et al., 1981 ; Todd et al., 1989), la longueur du pas et la vitesse de confort présentent une relation linéaire avec la taille du sujet, notamment chez l’enfant. Entre la taille et la longueur du membre inférieur, la taille est le plus souvent utilisée comme facteur de normalisation car c’est une mesure plus facile à effectuer. Il y a un avantage théorique à utiliser la longueur du membre inférieur car elle est plus liée à la fonction du membre inférieur que la taille. Cependant comme le note Sutherland (1997), cette normalisation géométrique doit être réservée aux enfants de 4 ans et plus pour éviter les changements des paramètres spatio-temporels influencés par la maturation du système nerveux central.

Chaussage du sujet

Un autre facteur de variation est représenté par le type de chaussage des sujets (Grundy et al., 1975). La rigidité de la semelle tend à accélérer le déplacement antérieur du centre de poussée sous l’avant-pied, et à limiter les déplacements latéraux des centres de poussée, qu’on observe normalement pied nu (appui sous l’arche externe, puis de dehors en dedans sous les têtes métatarsiennes et le gros orteil). Oeffinger et al. (1999) ont étudié la différence entre la marche avec chaussures et la marche pieds nus chez des enfants de 7 à 10 ans. Ils ont rapporté que les chaussures ont, de façon surprenante, un faible impact sur les paramètres cinétiques et cinématiques de la marche des enfants sains.

Consommation énergétique

Les variations interindividuelles de consommation énergétique sont connues, et ont amené à établir des normes tenant compte du poids du sujet et de la distance parcourue (Doutrellot, 1992).

Facteurs indiquant une acquisition normale de la marche

Quatre indicateurs de maturité de la marche ont été reconnus sur 309 enfants de 1 à 7 ans : le contact par le talon, le balancement des bras, la flexion du genou pendant l’appui et le rapport largeur du bassin / écartement des chevilles (Sutherland et al., 1988).

Contact initial du pied au sol

Le contact initial par le talon ou « attaque » par le talon n’est présent que chez moins de 50% des enfants d’un an, mais est presque toujours présent à un an et demi. Le contact initial ne doit pas se produire sur les orteils. Des velléités tardives à se tenir debout et à marcher, ainsi qu’un contact initial sur les orteils sont deux signes devant conduire à consulter un médecin.

Balancement des bras

Le balancement alterné des bras, combiné à l’avancée inverse du bras et de la jambe opposée doit apparaître dès 2 ans et être acquis à 4 ans.

Flexion du genou

Immédiatement après le contact initial, la flexion du genou augmente lors de l’acceptation du poids du corps puis diminue jusqu’à la levée du talon. Elle est présente à partir de 2 ans.

Rapport largeur du bassin /écartement des chevilles

Dans leur forme originale, ces mesures du rapport largeur du bassin / écartement des chevilles pendant la période de double appui sont obtenues par enregistrement cinématique 3D. La distance inter-épines iliaques antéro-supérieures est divisée par la distance inter-centre des chevilles. Le début de la marche se fait avec les pieds écartés, traduisant probablement un contrôle précaire de l’équilibre; le rapport étant alors proche de 1,5. Avec plus d’expérience, la confiance s’affirmant, la base d’appui devient plus étroite alors que le bassin s’élargit. Le rapport diminue linéairement jusqu’à 3 ans puis reste quasiment constant à 2,5 dès l’âge de 3 ans.

Support pour l’asymétrie de la marche

Dans la marche normale, les différences entre les deux membres inférieurs ont été fréquemment rapportées. Singh (1970), Du Chatinier et Rozendal (1970) ont déclaré que les membres inférieurs ne sont pas utilisés de manière identique durant la marche. Une asymétrie des membres inférieurs a été observée pour les profils de vitesses (Law, 1987 ; Allard et al., 1996), de pas (Barr et al., 1987), de longueur de stride (Chodera, 1974), d’angle du déplacement du pied (Chodera et Levell, 1973), de flexion maximale du genou (Barr et al.,1987) et pour l’étendue du mouvement articulaire (Stefanyshyn et Ensgberg, 1994).
Utilisant les paramètres spatio-temporels, Wheelwright et al. (1993) ont rapporté un comportement asymétrique des membres inférieurs chez 134 enfants normaux âgés de 3 à 18 ans.
Il semble plus logique de se concentrer sur les paramètres biomécaniques qui sont plus instructifs sur l’effet et sur la cause du mouvement.
L’asymétrie de la marche a aussi été rapportée pour des données cinétiques chez des sujets sains. L’asymétrie a été analysée au niveau de la force des fléchisseurs plantaires (Damholt et Termansen, 1978 ). Des différences sont notées entre les membres de 62 sujets sains pour les pics de forces de réaction verticales, antéro-postérieures et médio-latérales (Herzog et al., 1988). En 1989, Herzog et al. ont trouvé des asymétries plus importantes que prévues pour 34 données des GRF chez un groupe témoin. Devita et al. (1991) ont supposé que la marche normale pouvait être caractérisée par les données cinétiques asymétriques.En 1992, Dickey et Winter ont noté une asymétrie dans le travail musculaire de la hanche chez des sujets sains.
L’analyse des GRF a permis à Crowe et al. (1993) de déceler une asymétrie dans l’oscillation du centre de masse du corps. Une analyse des GRF chez 10 sujets sains a permis à Giakas et Baltzopoulos (1997) d’affirmer que la marche normale était un mouvement global symétriquealors que des asymétries importantes caractérisaient les variables temporelles de la composante médio-latérale des GRF.

Asymétrie fonctionnelle de la marche

Le but de la locomotion est de propulser le corps en avant tout en le protégeant de la gravitéterrestre (Winter, 1991). L’asymétrie de la marche est en partie expliquée par les tâches fonctionnelles de contrôle de l’équilibre et de propulsion attribuées aux membres durant la marche. Hirasawa (1979) et Vanden-Abeele (1980) sont parmi les premiers à interpréter l’asymétrie de la marche normale en se basant sur le support et la mobilité de chaque membre. Hirasawa (1981) a montré que l’une des jambes est principalement responsable du support et du transfert du poids du corps pendant que la jambe controlatérale contribue à la propulsion.
Evaluant la composante latérale des forces de réaction durant la marche chez 28 sujets sains, Matsusaka et al. (1985) ont rapporté que l’équilibre médio-latéral est principalement contrôlé par la jambe gauche. Chez 53 hommes et 39 femmes marchant à des vitesses lente, naturelle et rapide, Hirokawa (1989) a associé la propulsion à la jambe droite tandis que la jambe gauche était responsable du support. En 1997, Sadeghi et al. ont rapporté que la propulsion était liée à la jambe générant une puissance musculaire prédominante tandis que les fonctions de support et de contrôle étaient associées à la jambe ayant un comportement prédominant d’absorption de puissance.
La marche normale semble naturellement asymétrique. Cette asymétrie pourrait être associée aux différentes contributions des membres inférieurs aux tâches de propulsion et de contrôle de l’équilibre. Cependant, les principales raisons expliquant l’asymétrie de la marche restent obscures et ont besoin d’être élucidées.

Quantification de la symétrie de la marche

Pour déterminer les asymétries des forces de réaction de la marche normale, Robinson et al. (1987) ont proposé une équation appelée index de symétrie (IS) qui est aussi utilisée par Herzog et al. (1989) :

METHODE D’ANALYSE DE LA MARCHE

Les moyens employés pour l’analyse de la marche seront très différents selon qu’on s’intéresse à des phases précises ou à l’ensemble de la marche. De plus la formation et les centres d’intérêt de l’observateur influent sur le choix des variables dans les travaux publiés (Cottalorda, 1999a). L’étude d’un clinicien portera plutôt sur des données temporo-spatiales (vitesse de déplacement, longueur du pas, cadence de marche) et cinématiques (variations angulaires), un neurologue s’attachera à des données électromyographiques, un physiologiste à la consommation énergétique globale, alors qu’un biomécanicien étudiera préférentiellement des facteurs dynamiques (bilan des forces et de leurs moments sur les segments mobiles, forces de réaction du sol).
Nous allons décrire les différentes méthodes d’analyse de la marche avec leurs avantages et leurs inconvénients.

Paramètres spatio-temporels

La marche étant une activité développée dans l’espace en fonction du temps, la plupart des paramètres qui la constituent peuvent donc être qualifiés de « paramètres temporo-spatiaux ou spatio-temporels ». Cependant, l’habitude réserve ce terme aux caractéristiques du déplacement des pieds selon l’axe longitudinal de progression au cours de la marche (Dujardin, 1997).
On décrit le déroulement de la marche par :
– sa décomposition en cycles unitaires faits de successions de phases. On divise le cycle en deux grandes périodes grâce à des repères temporels qui sont l’attaque du talon ou «heelstrike » etle décollement du gros orteil ou « toe-off ». La période située entre le « toe-off » et le « heel-strike » est la phase oscillante ou « swing phase » ;
– les dimensions du pas : longueur, largeur, angle du pas ;
– la cadence du pas ;
– la vitesse de déplacement.
Ces paramètres temporo-spatiaux sont mesurés par plusieurs méthodes :

Simple chronométrage

On fait marcher sur un parcours de longueur connue, entre deux repères dont le franchissement provoque le déclenchement et l’arrêt du chronomètre (manuellement ou par l’intermédiaire de cellules à infrarouges ou cellules photoélectriques). On obtient ainsi par un calcul très simple, la vitesse moyenne de marche, ainsi que la cadence, par un comptage des pas.

Strobophotographie

Elle consiste à superposer sur un film photographique, les séquences du pas d’un sujet marchant dans une pièce obscure dont les axes des membres sont matérialisés par des bandes réfléchissantes (Grieve et Gear, 1966 ; Statham et Murray, 1971 ; Perry, 1974).
L’éclairage consiste en une lumière stroboscopique dont les flashes sont synchrones de l’ouverture de l’obturateur de la caméra. On peut aussi utiliser un appareil photographique dont l’obturateur est bloqué en position ouverte et une lumière clignotante. Cette méthode permet la mesure de paramètres temporo-spatiaux (les différentes phases du cycle de marche, la vitesse de marche et la cadence du pas). Elle permet aussi d’analyser certains paramètres cinématiques tels que l’alternance des mouvements de flexions-extension de la hanche, du genou et de la cheville. On ne peut étudier que le plan sagittal avec cependant certaines erreurs dues au parallaxe.
Les paramètres sont calculés secondairement à partir de l’analyse image par image. Des analyses plus performantes peuvent être faites à partir d’images séquentielles recueillies dans les trois plans de référence.

Systèmes optoélectroniques (ou optocinétiques)

Les systèmes optoélectroniques permettent une analyse tridimentionnelle du mouvement (Dujardin, 1997). Le sujet est équipé de marqueurs de type passif, légers, de formes hémisphériques, placés au niveau de repères anatomiques de la chaîne articulaire et recouverts d’une substance réfléchissant les rayons émis par une source de lumière infrarouge.
L’évolution de ces repères au cours du mouvement est filmée par plusieurs caméras. Le système réalise une analyse informatisée des déplacements simultanés, calcule leurs coordonnées à chaque instant, représente leur trajectoire, leur vitesse et leur accélération dans un référentiel absolu. La vitesse d’exploration est de 100 images par seconde. Le champ « utile » des caméras est de cinq mètres environ, en fonction de l’optique utilisée. A partir deces trajectoires, il est possible d’étudier le mouvement des segments corporels où sont fixées les mires, comme par exemple les oscillations du bassin ou le mouvement des articulations, ainsi que leur vitesse et accélération (Dujardin, 1997).
La mise en œuvre et le contrôle de la validité des mesures issues de ces systèmes complexes sont difficiles, nécessitant des connaissances spécifiques. La plupart des fabriquants proposent maintenant des systèmes « clefs en mains » supposés permettre aisément une analyse clinique.
La convivialité de ces nouvelles présentations est indéniable, mais les systèmes ont perdu en contrepartie leur flexibilité et leur « transparence » (Dujardin, 1997). Or, les modèles ethypothèses de calcul utilisés sont parfois discutables et/ou inadaptés à des utilisations spécifiques. Ils sont, dans les versions actuelles, difficilement accessibles et leurs modifications sont très difficiles (Dujardin, 1997).

Paramètres dynamiques

L’étude des forces dans les articulations n’est pas accessible, en pratique clinique, à une mesure directe. Il faut se contenter de calculs issus de modèles recevant leurs informations de mesures externes. On peut utiliser soit une technique « ascendante » à partir de la mesure de la réaction au sol, soit une technique « descendante » par un modèle dynamique inverse. Les développements et le contrôle de ces modèles sont du domaine des ingénieurs (Dujardin, 1997). L’évaluation des forces s’effectue au moyen de plusieurs types de dispositifs:

Contacteurs ou capteurs plantaires

Encore appelés « switch » ou « footswitches », outre la mesure de tous les paramètres temporels du pas, ils permettent un suivi de la dynamique plantaire au cours de séquences de longue durée, ainsi que l’étude des contraintes s’exerçant à l’interface pied-chaussure (Todd et al., 1989 ; Doutrellot, 1992 ; Péruchon et al., 1995 ; Sarraf, 1995). Ils sont placés dans les semelles du sujet et réagissent à la prise ou à la perte de contact du pied avec le sol. Certains fonctionnent selon la loi du tout ou rien et peuvent être de simples interrupteurs électriques ouverts en position de repos et se ferment lors du contact. D’autres, beaucoup plus sophistiqués, sont constitués de jauges de contraintes de très petites dimensions et permettent l’étude directe des forces appliquées et de leur réaction. La fiabilité des résultats obtenus est conditionnée par un bon étalonnage et par la solidité du matériel.

Système Vicon

L’équipement comporte un système d’analyse du mouvement en trois dimensions, deux plates-formes de forces à multiples degrés de liberté, un dispositif d’enregistrement d’électromyographie et de cinésiologie et une chaîne d’enregistrement vidéo-optique (Kirtley et al., 1985 ; Boisson et Gaudin, 1995 ; Guibal et al., 1996 ; Guibal et al., 1998).

Le matériel Vicon

Ce système d’analyse du mouvement en trois dimensions repose sur l’utilisation de marqueurs retroréfléchissants et de cameras à infrarouges. Les marqueurs sont placés sur des repères anatomiques dont on veut mesurer le déplacement. De forme sphérique, ils sont réalisés à partir d’un matériau rétroréfléchissant, le Scotch-lite. Le système comprend plusieurs cameras à éclairage infrarouge permettant l’analyse simultanée des deux membres inférieurs.
L’examen peut se faire indifféremment à la lumière du jour ou dans l’obscurité (par exemple pour analyser l’équilibre chez un enfant hémiplégique). L’Etherbox constitue l’élément principal de l’instrumentation Vicon. Cet appareil permet de détecter, de générer et de stocker en temps réel les coordonnées 2D provenant des caméras vidéo. La mise en correspondance de chacune des caméras permet de calculer de manière automatique la position des différents marqueurs. L’unité Etherbox permet aussi l’acquisition de façon synchrone des données analytiques des plates-formes de forces et des enregistrements électromyographiques. Le traitement informatique des données est réalisé par une station de travail type Microvax 4000 VCL. La durée moyenne d’un examen varie entre 1h 30 et 3 heures, auquel il faut ajouter 2heures environ pour l’analyse des courbes obtenues.

Les plates-formes de force AMTI

Elles permettent la mesure à chaque instant des trois composantes de la force d’appui ainsi que le moment de ces forces. La plate-forme de force AMTI (Adevanced Mechanical Technology Inc) est constituée d’un châssis de base sur lequel sont fixés les capteurs de type jauges de contraintes. L’appui du pied se fait sur une plaque métallique rigide reliée au châssis par l’intermédiaire des capteurs.

Les capteurs électromyographiques

Des électrodes de surface sont utilisées. Elles permettent la détection des contractions des muscles superficiels au cours du mouvement. Dix canaux d’enregistrement peuvent être utilisés simultanément.
L’enregistrement vidéo-optique
Il comprend plusieurs caméscopes S-VHS reliés à une table de mixage permettant de voir sur la même image les vues de face et de profil.

Le logiciel Vicon

Le logiciel clinique calcule les paramètres cinématiques (mesure descriptive des variations des différents angles articulaires dans les trois plans de référence) et les paramètres temporospatiaux (vitesse de marche, durée du cycle durée d’appui, durée du double appui, longueurdu pas, longueur du demi-pas). Il permet par ailleurs l’évaluation des forces d’appui au sol etle calcul des paramètres cinétiques, des moments articulaires et puissances engendrées.
Les variables angulaires sont représentées sous forme graphique. Les figures en bâtonnets ou kinégrammes permettent de visualiser le déplacement des segments osseux sous différentsangles.

Table des matières
INTRODUCTION 
DEFINITIONS DE LA MARCHE 
1. Définitions mettant l’accent sur l’objectif
2. Définition du cycle de marche
3. Temps, paramètre fondamental du cycle de marche
4. Influence de la vitesse sur le cycle de marche
5. Influence de l’âge
5. 1. Modifications de la marche en fonction de l’âge selon Wagner
6. Facteurs de variabilité interindividuelle de la marche
7. Facteurs indiquant une acquisition normale de la marche
SYMETRIE ET ASYMETRIE DE LA MARCHE 
1. Définition de la symétrie
2. Support pour la symétrie de la marche
3. Support pour l’asymétrie de la marche
4. Asymétrie fonctionnelle de la marche
5. Quantification de la symétrie de la marche
METHODE D’ANALYSE DELA MARCHE 
1. Paramètres spatio-temporels
1. 1. Simple chronométrage
1. 2. Analyse du pas par empreintes plantaires
1. 3. Pistes conductrices
1. 4. Système à poulies mouflées de P. Bessou ou « locomètre »
2. Paramètres cinématiques
2. 1. Goniométrie articulaire
2. 2. Cinématographie et technique vidéo
2. 3. Strobophotographie
2. 4. Systèmes optoélectroniques (ou optocinétiques)
2. 5. « Stick- diagram » ou diagramme bâton
2. 6. Accéléromètre
3. Paramètres dynamiques
3. 1. Contacteurs ou capteurs plantaires
3. 2. Plate-forme dynamométrique
3. 3. Modèles dynamiques inverses
3. 4. Tapis de marche
3. 4. 1. Plate-forme de marche ADAL
3. 4. 2. Vitesse de confort (vitesse spontanée) et tapis de marche
4. Analyse complémentaire de la marche
4. 1. Electromyographie
4. 2. Coût énergétique de la marche
5. Systèmes mixtes d’analyse de la marche
5. 1. Système Vicon
5. 2. Système Selspot
5. 3. Système Elite
6. Conclusion
MATERIEL ET METHODE 
1. Population d’étude
1. 1. Questionnaire
1. 2. Critères d’inclusion
1. 3. Critères d’exclusion
1. 4. Caractéristiques anthropométriques
2. Matériel
3. Protocole d’étude
3. 1. Information et éducation au test
3. 2. Réalisation du test
4. Variables analysées
4. 1. Variables spatio-temporelles
4. 2. Pics de forces et leurs temps d’apparition
4. 2. 1. Composante verticale de la force de réaction
4. 2. 2. Composante antéro-postérieure de la force de réaction
4. 2. 3. Composante médio-latérale de la force de réaction
5. Analyse statistique
5. 1. Variables moyennes
5. 2. Coefficient de variation
5. 3. Index de symétrie
5. 4. Tests statistiques
RESULTATS 
1. Valeurs moyennes des paramètres et influence de l’âge et de la vitesse
1. 1. Influence de l’âge et de la vitesse
2. Symétrie des paramètres de la marche
2. 1. Comparaison des valeurs des deux pieds par le test t
2. 2. Index de symétrie des paramètres et influence de l’âge et de la vitesse de marche
3. Coefficients de variation : influence de l’âge et de la vitesse
3. 1. Influence de l’âge sur la variabilité intra sujet
3. 2. Influence de la vitesse sur la variabilité intra sujet
3. 3. Variabilité inter sujet
DISCUSSION 
1. Limites de notre étude
2. Comparaison de nos résultats à la littérature
2. 1. Valeurs moyennes des
2. 2. Comparaison des valeurs des deux pieds pour étudier la symétrie
2. 3. Valeurs moyennes des index de symétrie
2. 4. Valeurs moyennes des coefficients de Variabilité intra sujet
2. 5. Valeurs moyennes des coefficients de variation inter sujet
3. Influence de l’âge:
3. 1. Sur les paramètres de la marche
3. 2. Sur l’asymétrie des paramètres
3. 3. Sur la variabilité intra sujet des paramètres
3. 4. Sur la variabilité inter sujet des paramètres
4. Influence de la vitesse:
4. 1. Sur les paramètres moyens des groupes
4. 2. Sur l’asymétrie des paramètres
4. 3. Sur la variabilité intra sujet des paramètres
4. 4. Sur la variabilité inter sujet des paramètres
CONCLUSION
LEXIQUE TERMINOLOGIQUE 
BIBLIOGRAPHIE 
FIGURES 
TABLEAUX 
ANNEXE 1 
ARTICLES ACCEPTES OU SOUMIS

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