Contributions de la force musculaire aux contraintes exercées sur le ligament croisé antérieur

POINTS CLÉS

1. Les ischio-jambiers semblent protéger contre les contraintes exercées sur le ligament croisé antérieur (LCA), tandis que les quadriceps induisent des contraintes sur le LCA et une force de cisaillement antérieure.
2. Le soléaire et le moyen fessier semblent avoir un effet protecteur contre les contraintes exercées sur le LCA en appliquant une force de cisaillement postérieure au tibia et en maintenant le genou dans un alignement optimal.
3. Les stratégies de mouvement sont extrêmement variées et individuelles, et on ne sait pas si se concentrer sur l'entraînement de muscles spécifiques réduira l'incidence des déchirures du LCA.

CONTEXTE ET OBJECTIFS

Les déchirures du ligament croisé antérieur (LCA) sont l'une des blessures du genou les plus courantes lors d'activités sportives, et elles se caractérisent par une rééducation longue soit coûteuse (1). Les taux de récidive du LCA peuvent atteindre 30 %, de nombreux athlètes perdant plusieurs saisons de compétition à cause de la rééducation (2). Les lésions du LCA surviennent le plus souvent lors de tâches dynamiques sans contact, peu de temps après le contact initial, où le genou subit des charges mécaniques élevées, une compression, une charge rapide en flexion et des degrés importants de valgus et de rotation.

On pense qu'un entraînement efficace de groupes musculaires et de schémas de mouvement spécifiques peut atténuer les contraintes exercées sur le LCA dans un contexte à risque de blessure, protégeant ainsi le LCA. Une condition préalable importante pour les cliniciens dans la rééducation et les exercices préventifs du LCA est de comprendre comment chaque muscle contribue aux contraintes exercées sur le LCA.

Les auteurs ont cherché à résumer les preuves existantes sur la façon dont les muscles spécifiques des membres inférieurs contribuent aux contraintes exercées sur le LCA.

Les taux de récidive du LCA peuvent atteindre 30 %.

Les ischio-jambiers, le soléaire et le moyen fessier ont la plus grande capacité à s'opposer à la charge du LCA.

MÉTHODE

• Les auteurs ont inclus une variété d'études dans leur revue narrative.

• En recherche, il existe 3 méthodes principales pour évaluer comment la force musculaire peut contribuer aux forces exercées sur le LCA : des expériences in vitro (ou in situ) avec des cadavres, des expériences in silico impliquant une simulation informatique et des expériences in vivo impliquant des organismes vivants.

• Chaque méthode présente des avantages et des limites.

RÉSULTATS

Quadriceps

• Les quadriceps contribuent de manière significative aux contraintes exercées sur le LCA en produisant une force de cisaillement antérieure au niveau du tibia.

• Lors de la flexion du genou inférieure à 30-50, le quadriceps induit la plus grande contrainte sur le LCA, contribuant au moment de force en translation antérieure tibiale, rotation interne tibiale, valgus du genou et rotation en valgus du genou.

• Lors d'une flexion du genou supérieure à 80, le quadriceps aide à décharger le LCA en raison du changement d'angle de traction du tendon patellaire par rapport à l'axe longitudinal du tibia.

• La plupart des blessures du LCA surviennent cependant avec une flexion du genou <70, ce qui fait du quadriceps un antagoniste du LCA dans les contextes de blessure.

Ischio-jambiers

• Les ischio-jambiers produisent une force de cisaillement postérieure au niveau du tibia, avec donc une diminution des contraintes sur le LCA au-delà de 20 à 30 degrés de flexion.

• En raison de la ligne d'action et du petit avantage mécanique, les ischio-jambiers ne sont pas capables de produire une force postérieure importante lorsque le genou est en extension quasi complète.

• Des études in vitro et in silico démontrent comment l'activation des ischio-jambiers peut réduire la tension du LCA lors de la co-contraction ischio-quadriceps.

• On pense que le biceps fémoral fournit le plus grand effet protecteur contre les contraintes exercées sur le LCA parmi les 3 muscles ischio-jambiers.

Triceps sural

• Le rôle des gastrocnémiens dans les contraintes exercées sur le LCA demeure non concluant, car de nombreuses études ont publié des résultats contradictoires.

• Le soléaire est un muscle monoarticulaire. Bien qu'il ne traverse pas l'articulation du genou, son influence sur la cheville affecte directement le genou.

• La tension passive du soléaire en dorsiflexion résiste à la translation tibiale antérieure, et l'activation du soléaire provoque la translation postérieure du tibia.

Groupe musculaire des fessiers

• Notre compréhension de la force musculaire des fessiers et de son association avec les contraintes exercées sur l'articulation du genou est limitée à des études in silico.

• Des études de modélisation ont montré comment une diminution de la force du moyen fessier peut entraîner une augmentation des moments de force en valgus du genou et une plus grande contrainte sur le LCA.

• D'autres études de modélisation ont montré des résultats au mieux peu concluants.

Voir la figure 1 pour une illustration visuelle des vecteurs de force agissant sur l'articulation tibio-fémorale à partir de différents groupes musculaires.

LIMITES

• Les expériences in vitro appliquent souvent des forces statiques en utilisant la robotique pour manipuler des articulations de cadavres. Elles ne tiennent pas compte de la cinématique du corps entier. Cependant, l'avantage spécifique est qu'elles peuvent exercer des contraintes sur les tissus jusqu'à la rupture et quantifier la résistance absolue des tissus.

• Les expériences in silico utilisent des données recueillies auprès d'organismes sains et la modélisation informatique pour simuler des forces. Les résultats de ces études doivent être interprétés avec prudence, car ces méthodes ont une faible validité et reposent sur des hypothèses et des incertitudes.

• Les expériences in vivo offrent des options de charge plus dynamiques, car l'implantation chirurgicale d'un transducteur différentiel à réluctance variable (differential variable reluctance transducer) sur les fibres du LCA peut quantifier la tension du LCA dans les mouvements de la vie réelle. Les méthodes moins invasives, y compris l'EMG et la fluoroscopie, fournissent au mieux une estimation approximative. Les méthodes in vivo ne peuvent évaluer que les contraintes appliquées à un seuil de blessure infraliminaire.

• Enfin, les données analysant les schémas de mouvement et l'activation musculaire manquent de généralisabilité, car elles ne tiennent pas compte de la variabilité individuelle.

IMPLICATIONS CLINIQUES

Les ischio-jambiers, le soléaire et le moyen fessier semblent avoir la plus grande capacité à s'opposer aux contraintes sur le LCA, tandis que les quadriceps et les gastrocnémiens semblent avoir la plus grande capacité à induire une contrainte sur le LCA. Cependant, dans un scénario de mouvement fonctionnel, il est difficile de séparer la contraction soléaire de la contraction des gastrocnémiens et d'influencer la co-contraction des ischio-jambiers et des quadriceps. Ces informations peuvent être plus facilement appliquées dans un environnement de rééducation contrôlé et sont particulièrement utiles pour les cliniciens qui prescrivent des exercices en phase de rééducation précoce à intermédiaire.

Les stratégies compensatoires adoptées par les individus lors de mouvements dynamiques, notamment les forces en valgus, varus et rotation au niveau du genou, sont extrêmement variables et individuelles. L'étude du mouvement est utile pour mieux comprendre les schémas et les stratégies potentiels de la chaîne cinétique, mais les données ne peuvent pas être généralisées ou largement appliquées.

Nous devons prendre un certain recul avec les études in silico et in vivo. Elles ne sont en effet qu'une contribution de plus à un vaste corpus de recherches sur la variabilité du mouvement. Les études in vitro sont utiles pour comprendre l'arthrocinématique, mais elles présentent des inconvénients importants.

Malgré les limites, les recherches futures continueront d'étudier les contraintes exercées sur le LCA dans l'espoir d'accroître notre compréhension des lésions du LCA et d'améliorer nos techniques de prévention et de traitement.

+RÉFÉRENCES

Maniar N, Cole M, Bryant A, Opar D (2022) Muscle Force Contributions to Anterior Cruciate Ligament Loading. Sports medicine. Online ahead of print.

RÉFÉRENCES CITÉES

1. Majewski M, Susanne H, Klaus S. 2006. Epidemiology of athletic knee injuries: a 10-year study. Knee.
2. Grindem, H., Snyder-Mackler, L., Moksnes, H., Engebretsen, L., & Risberg, M. A. 2016. Simple decision rules can reduce reinjury risk by 84% after ACL reconstruction: the Delaware-Oslo ACL cohort study. BJSM.