Biceps fémoral et semi-tendineux dans la lésion musculaire des ischio-jambiers.
Les blessures musculaires sont les lésions tissulaires les plus fréquentes chez les joueurs de football et sont associées à un temps d’indisponibilité important (1). Etant donné le taux de récurrence et les coûts financiers majeurs impliqués dans le sport professionnel, une prévention et des stratégies thérapeutiques adaptées, de même que l’élaboration de critères de retour sur le terrain, sont de la plus grande importance pour le sport en général mais particulièrement pour le sport professionnel (2-7).
Le patho-mécanisme lésionnel aux ischio-jambiers dans le football arrive majoritairement pendant la phase de sprint, c’est-à-dire des courses à haute vitesse ou des accélérations (8,9) et la jonction myo-tendineuse de la longue portion du biceps fémoral est la plus touchée (10, 11). En dépit de l’éclairage grandissant sur le mécanisme lésionnel et les facteurs de risque, une pleine compréhension de l’épidémiologie manque encore aujourd’hui, ce qui est confirmée par le taux de lésions des ischio-jambiers et de récidives encore trop important (12-14).
Des études biomécaniques ont démontrées que le biceps fémoral est soumis à la plus forte contrainte d’étirement dans la délicate phase terminale du cycle d’oscillation de la jambe libre lors de la course à haute vitesse (9, 15-17). Cela pourrait expliquer pourquoi cette région des ischio-jambiers est la plus souvent atteinte.
De plus, d’autres différences fonctionnelles entre les chefs bi-articulaires des ischio-jambiers pourraient être aussi impliquées. Tant le semi-tendineux (ST) que le biceps fémoral (BF) subissent une activation excentrique maximale lors de la phase oscillante du cycle de course. Ces synergies fonctionnent de manière alternative à travers de complexes programmes de coordination neuromusculaire (15, 18, 19) durant laquelle le BF est activée de façon prédominante pendant la course moyenne (à terminale) du cycle oscillatoire tandis que le ST l’est pendant la toute fin de cette dernière. Cela souligne bien l’importance d’une coordination neuromusculaire et intramusculaire suffisante entre ces deux muscles ischio-jambiers. Une altération des schémas d’activation de ces muscles ayant été associée à l’apparition d’une lésion musculaire aux ischio-jambiers et un risque augmenté de récidive. (4-21)
Les modes de recrutement intramusculaire synergique et la qualité/quantité de la co-opération entre le BF, le ST et le semi-membraneux (SM) n’ont pas été investigués. Bien que l’électromyographie (EMG) soit considérée comme un gold standard dans l’évaluation des signaux d’activation musculaire, elle n’est pas adaptée à l’évaluation des modes de recrutement musculaire dans un complexe musculaire comme les ischio-jambiers. L’IRM fonctionnelle, quant à elle, permet de cartographier le mode de recrutement intra et intermusculaire avec une très haute précision [22-25] mais ne peut pas, contrairement à l’EMG, donner des informations en temps réel sur la quantité et qualité de l’activité musculaire. Néanmoins, l’IRM fonctionnelle à la capacité de détecter et d’évaluer la grandeur de l’activité métabolique dans le tissu musculaire. Comme cette technique est non invasive et détient une haute sensibilité et spécificité, elle a souvent été utilisée pour évaluer les modes de recrutement musculaire (fléchisseurs de la nuque, extenseurs lombaires, quadriceps…) [26,27].
Les études utilisant l’IRM fonctionnelle ont aussi tenté d’évaluer l’activité musculaire des différents chefs des ischio-jambiers durant différents exercices de renforcement afin d’identifier lequel de ces derniers serait le plus efficace pour un programme de prévention. Mais aucune de ces études n’a tenté de contrôler la proportion de l’activité inter et intramusculaire (et donc essayer d’établir un modèle sur le recrutement et la coordination neuromusculaire) dans une population sportive à risque.
L’étude présentée ci-dessous avait comme but d’évaluer comment les différents chefs des ischio-jambiers travaillaient ensemble au cours du recrutement musculaire et si des changements dans cette coordination pouvaient être associés à un état lésionnel des ischio-jambiers. Un panel de 75 joueurs belges de football de niveau amateur fut réuni pour l’étude de mars à mai 2013. Les participants étaient exclus de l’étude s’ils avaient un historique de blessure importante au genou, à la hanche ou de lombalgie et s’ils n’avaient une expérience minimum de 5 années de compétition. De même, pour des raisons évidentes liées à l’IRM, s’ils avaient des implants métalliques (ou corps étrangers) proche de la région des ischio-jambiers ou étaient atteints de claustrophobie. Tous les participants étaient rétablis à 100% lors de l’étude et prêt à jouer au football.
En fin de compte, un total de 54 joueurs fut gardé : 27 joueurs sains et 27 joueurs avec un historique récent de blessure musculaire aux ischio-jambiers (deux dernières saisons). Une blessure musculaire aux ischio-jambiers était définie ici comme une lésion tissulaire liée au football, se situant dans la région des ischio-jambiers et empêchant le joueur de s’entrainer ou d’être en compétition pendant au moins une semaine. La majorité des blessures du groupe test furent diagnostiquée cliniquement avec ou non la réalisation d’imagerie médicale. Etant donné la difficulté de joindre les thérapeutes ou médecins ayant effectué l’examen diagnostic de ces anciennes lésions, le recrutement des joueurs volontaires de l’étude fut effectué par simple questionnaire se basant sur la bonne foi des participants. Les 54 sujets de l’étude furent prévenus de ne pas réaliser d’activité physique importante au cours des 48h précédant l’étude.
Le protocole consistait en deux séquences d’IRM entrecoupées d’un exercice intense des ischio-jambiers (Figure 1). Ce dernier consistait en un « leg curl exercise ». Les sujets étaient positionnés allongés sur le ventre avec une partie de table inclinée de 60% ce qui permettait une flexion de hanche. Ils leur étaient demandé de réalisé alternativement des flexions et extensions de genou (0-90°) avec un poids de 5kg attaché sur chaque cheville et à un rythme constant de 90 Hz (donné par un métronome). Cet exercice a été choisi pour imiter la mécanique concentrique et excentrique des ischio-jambiers durant la course (flexion de hanche et extension de genou) tout en produisant également une charge musculaire intense pour induire une réponse métabolique suffisante. Les participants réalisaient l’exercice jusqu’à fatigue musculaire (correspondant à un score de 20 sur l’échelle de Borg) pour garantir une réponse métabolique musculaire suffisante et car il a déjà été démontré plusieurs fois que la fatigue était un facteur de risque de blessure musculaire. Toute déviation du genou ou de la hanche dans le plan frontal ou transversal étaient interdites car elles pouvaient influencer sur l’activation de certains chefs des ischio-jambiers. Quand les sujets arrivaient au seuil d’épuisement et que l’exercice ne pouvait plus être réalisé qualitativement, ils étaient soumis au deuxième IRM dans la minute qui suivait. Le temps pour arriver à épuisement et le nombre de répétitions étaient enregistrés.
Le patho-mécanisme lésionnel aux ischio-jambiers dans le football arrive majoritairement pendant la phase de sprint, c’est-à-dire des courses à haute vitesse ou des accélérations (8,9) et la jonction myo-tendineuse de la longue portion du biceps fémoral est la plus touchée (10, 11). En dépit de l’éclairage grandissant sur le mécanisme lésionnel et les facteurs de risque, une pleine compréhension de l’épidémiologie manque encore aujourd’hui, ce qui est confirmée par le taux de lésions des ischio-jambiers et de récidives encore trop important (12-14).
Des études biomécaniques ont démontrées que le biceps fémoral est soumis à la plus forte contrainte d’étirement dans la délicate phase terminale du cycle d’oscillation de la jambe libre lors de la course à haute vitesse (9, 15-17). Cela pourrait expliquer pourquoi cette région des ischio-jambiers est la plus souvent atteinte.
De plus, d’autres différences fonctionnelles entre les chefs bi-articulaires des ischio-jambiers pourraient être aussi impliquées. Tant le semi-tendineux (ST) que le biceps fémoral (BF) subissent une activation excentrique maximale lors de la phase oscillante du cycle de course. Ces synergies fonctionnent de manière alternative à travers de complexes programmes de coordination neuromusculaire (15, 18, 19) durant laquelle le BF est activée de façon prédominante pendant la course moyenne (à terminale) du cycle oscillatoire tandis que le ST l’est pendant la toute fin de cette dernière. Cela souligne bien l’importance d’une coordination neuromusculaire et intramusculaire suffisante entre ces deux muscles ischio-jambiers. Une altération des schémas d’activation de ces muscles ayant été associée à l’apparition d’une lésion musculaire aux ischio-jambiers et un risque augmenté de récidive. (4-21)
Les modes de recrutement intramusculaire synergique et la qualité/quantité de la co-opération entre le BF, le ST et le semi-membraneux (SM) n’ont pas été investigués. Bien que l’électromyographie (EMG) soit considérée comme un gold standard dans l’évaluation des signaux d’activation musculaire, elle n’est pas adaptée à l’évaluation des modes de recrutement musculaire dans un complexe musculaire comme les ischio-jambiers. L’IRM fonctionnelle, quant à elle, permet de cartographier le mode de recrutement intra et intermusculaire avec une très haute précision [22-25] mais ne peut pas, contrairement à l’EMG, donner des informations en temps réel sur la quantité et qualité de l’activité musculaire. Néanmoins, l’IRM fonctionnelle à la capacité de détecter et d’évaluer la grandeur de l’activité métabolique dans le tissu musculaire. Comme cette technique est non invasive et détient une haute sensibilité et spécificité, elle a souvent été utilisée pour évaluer les modes de recrutement musculaire (fléchisseurs de la nuque, extenseurs lombaires, quadriceps…) [26,27].
Les études utilisant l’IRM fonctionnelle ont aussi tenté d’évaluer l’activité musculaire des différents chefs des ischio-jambiers durant différents exercices de renforcement afin d’identifier lequel de ces derniers serait le plus efficace pour un programme de prévention. Mais aucune de ces études n’a tenté de contrôler la proportion de l’activité inter et intramusculaire (et donc essayer d’établir un modèle sur le recrutement et la coordination neuromusculaire) dans une population sportive à risque.
L’étude présentée ci-dessous avait comme but d’évaluer comment les différents chefs des ischio-jambiers travaillaient ensemble au cours du recrutement musculaire et si des changements dans cette coordination pouvaient être associés à un état lésionnel des ischio-jambiers. Un panel de 75 joueurs belges de football de niveau amateur fut réuni pour l’étude de mars à mai 2013. Les participants étaient exclus de l’étude s’ils avaient un historique de blessure importante au genou, à la hanche ou de lombalgie et s’ils n’avaient une expérience minimum de 5 années de compétition. De même, pour des raisons évidentes liées à l’IRM, s’ils avaient des implants métalliques (ou corps étrangers) proche de la région des ischio-jambiers ou étaient atteints de claustrophobie. Tous les participants étaient rétablis à 100% lors de l’étude et prêt à jouer au football.
En fin de compte, un total de 54 joueurs fut gardé : 27 joueurs sains et 27 joueurs avec un historique récent de blessure musculaire aux ischio-jambiers (deux dernières saisons). Une blessure musculaire aux ischio-jambiers était définie ici comme une lésion tissulaire liée au football, se situant dans la région des ischio-jambiers et empêchant le joueur de s’entrainer ou d’être en compétition pendant au moins une semaine. La majorité des blessures du groupe test furent diagnostiquée cliniquement avec ou non la réalisation d’imagerie médicale. Etant donné la difficulté de joindre les thérapeutes ou médecins ayant effectué l’examen diagnostic de ces anciennes lésions, le recrutement des joueurs volontaires de l’étude fut effectué par simple questionnaire se basant sur la bonne foi des participants. Les 54 sujets de l’étude furent prévenus de ne pas réaliser d’activité physique importante au cours des 48h précédant l’étude.
Le protocole consistait en deux séquences d’IRM entrecoupées d’un exercice intense des ischio-jambiers (Figure 1). Ce dernier consistait en un « leg curl exercise ». Les sujets étaient positionnés allongés sur le ventre avec une partie de table inclinée de 60% ce qui permettait une flexion de hanche. Ils leur étaient demandé de réalisé alternativement des flexions et extensions de genou (0-90°) avec un poids de 5kg attaché sur chaque cheville et à un rythme constant de 90 Hz (donné par un métronome). Cet exercice a été choisi pour imiter la mécanique concentrique et excentrique des ischio-jambiers durant la course (flexion de hanche et extension de genou) tout en produisant également une charge musculaire intense pour induire une réponse métabolique suffisante. Les participants réalisaient l’exercice jusqu’à fatigue musculaire (correspondant à un score de 20 sur l’échelle de Borg) pour garantir une réponse métabolique musculaire suffisante et car il a déjà été démontré plusieurs fois que la fatigue était un facteur de risque de blessure musculaire. Toute déviation du genou ou de la hanche dans le plan frontal ou transversal étaient interdites car elles pouvaient influencer sur l’activation de certains chefs des ischio-jambiers. Quand les sujets arrivaient au seuil d’épuisement et que l’exercice ne pouvait plus être réalisé qualitativement, ils étaient soumis au deuxième IRM dans la minute qui suivait. Le temps pour arriver à épuisement et le nombre de répétitions étaient enregistrés.
Figure 1. Leg curl exercice
Afin de pouvoir comparer le membre inférieur anciennement blessé du groupe test avec le membre inférieur sain du groupe contrôle sans avoir à stipuler sur le facteur « membre dominant » comme élément de confusion, les chercheurs ont enregistré le ratio membre dominant/non dominant dans les deux groupes. Dans le groupe des sujets ayant déjà eu une blessure musculaire des ischio-jambiers, 63% des joueurs (n=17) avaient eu une blessure du côté dominant. Dans le groupe contrôle, le même nombre de membre dominant (et non-dominant) fut donc inclus dans l’étude.
Concernant les mesures anthropométriques (poids, taille, âge, IMC), il n’y avait pas de différence entre les deux groupes. La période de survenue des lésions aux ischio-jambiers du groupe blessé était comprise entre 21 et 1 mois (moyenne de 6 mois) avant l’étude expérimentale. La durée de rehabilitation avant le retour sur le terrain variait de 7 à 84 jours avec une moyenne de 28 jours (+/- 22) ce qui indique que les joueurs avec des grades I et II furent également inclus à l’étude. Tous les joueurs furent traités de façon conservatrice par un physiothérapeute du sport.
Cette étude démontre de façon significative une activation neuromusculaire plus symétrique entre le BF, le ST et le SM dans le groupe blessé comparé au groupe contrôle. Cependant, dans le groupe blessé l’activité du ST a été partiellement diminué au profit de plus d’implication des autres muscles synergiques que sont le BF et SM. Le ST semble avoir la plus grande activation durant l’exercice du « leg curl » et de précédentes recherches ont rapportées que le ST a une plus grande activité musculaire et est davantage recruté que le BF et SM dans les exercices de force et la locomotion [15, 28]. Ce modèle d’activation apparait comme le résultat d’une coordination neuromusculaire complexe et sophistiquée qui permet un fonctionnement musculaire le plus efficient et une production de force la plus économique. De précédentes recherches ont démontré que le ST a le plus haut niveau d’activité durant le moment terminal de la phase oscillatoire (tandis que le BF est actif de façon prédominante au milieu de cette même phase) [15] où le groupe musculaire des ischio-jambiers doit faire face aux plus hauts niveaux de force d’étirement et de travail excentrique. Cela supporte l’hypothèse soulevée dans cette étude que l’activation efficiente des ischio-jambiers est asymétrique et suggère que face à une contrainte mécanique importante, le ST a un rôle majeur dans la production et le contrôle des couples de force autour de l’articulation du genou et de la hanche.
De même, la réponse métabolique globale liée à l’exercice fut significativement plus importante dans le groupe blessé. Il y avait une différence significative dans la quantité d’activité métabolique au sein des ischio-jambiers de 4.8% (p<0.027). De même, l’activité métabolique était significativement différente entre les trois chefs musculaires des ischio-jambiers avec un semi-tendineux présentant un haut niveau d’activité par rapport aux BF et SM (p<0.0001). Cette différence inter-musculaire était présente dans les deux groupes.
L’étude a montré aussi une haute corrélation entre l’ampleur de la variabilité de l’activité intramusculaire et l’augmentation de l’activité métabolique avec des changements d’intensité du signal en présence d’un modèle de recrutement musculaire plus équilibré. Une variabilité intramusculaire plus importante peut donc être associée à un « turn over » métabolique plus faible et un fonctionnement du muscle plus économique. A contrario une activation musculaire plus symétrique (faible niveau de dissociation intramusculaire) pourrait impliquer des modèles de coordination neuromusculaire compensatoires et mal (adaptés) obligeant les chefs musculaires des ischio-jambiers à se contracter moins efficacement, avec une arrivée précoce de modifications du pH et de la fatigue musculaire. Ce recrutement aberrant du muscle peut contribuer à un risque élevé de blessure musculaire aux IJ lors de contraintes mécaniques importantes comme il est souvent vu sur les pistes d’athlétismes ou les terrains de sports collectifs.
Les résultats de cette étude supportent l’idée que, premièrement le biceps fémoral, puis secondairement le semi-tendineux sont enclins à subir une lésion dans les courses à haute vitesse où la charge excentrique est intense. Quand le semi-tendineux ne peut plus assumer son rôle prédominant dans la résistance et la production de force lors de charges excentriques intenses, le biceps fémoral compensera ce déficit fonctionnel. Possédant des deux muscles la plus petite longueur fasciculaire [29], ce dernier est moins capable de résister et d’emmagasiner la grande quantité d’énergie produite lors de la phase finale excentrique du cycle de course. Ainsi, par voie de conséquence, même le plus petit déficit fonctionnel chez le semi-tendineux (force ou coordination) causera au sein de la synergie du couple ST-BF un déséquilibre important et amènera un ou les deux muscles à la lésion. L’étude suggère donc que la lésion musculaire du BF et/ou du ST arrive probablement parce que le biceps fémoral n’est pas fait pour emmagasiner une force importante à la fin du cycle oscillatoire et que le ST, probablement plus sujet à une acidification prématurée et à une apparition de la fatigue précoce, ne joue plus son rôle final de freinateur.
Sachant qu’un des auteurs de l’étude, E. Witvrouw, était présent à Barcelone début Octobre, ces conclusions s’accordent à la synthèse réalisée par Kinesport lors du Muscle Tech Network 2014 sur la blessure des ischio-jambiers : « on retrouve chez les joueurs blessés une baisse significative de l’activité métabolique de ce dernier au profit d’une augmentation de celle du biceps fémoral (système d’auto-régulation). Ceci amène à une baisse préalable de l’efficacité excentrique des ischio-jambiers dans la phase finale oscillatoire du sprint et provoque une lésion musculaire du biceps fémoral, pauvre victime de la baisse d’activité du semi-tendineux ».
En conclusion, cette étude a cherché à évaluer l’intensité et la distribution de l’activité métabolique au sein des muscles ischio-jambiers après un exercice intense excentrique. Un modèle de recrutement neuromusculaire plus symétrique a été trouvé dans le groupe de joueurs anciennement blessés aux ischio-jambiers et correspondant à une quantité d’activité métabolique globale du muscle plus importante que le groupe sain. Le groupe test a une capacité de résistance musculaire plus faible ce qui suggère que les lésions musculaires des ischio-jambiers dans le football sont en association avec une activation et un recrutement neuromusculaires compensatoires lors de contraintes excentriques importantes causant alors dans une plus grande mesure une fatigue et une acidité musculaire précoce. Cela pourrait expliquer le taux important de récidive dans le football et surtout lors des compétitions où l’état de fatigue est particulièrement élevé.
Etant donné que le groupe contrôle présente un haut niveau de dissociation dans le recrutement neuromusculaire des ischio-jambiers par rapport au groupe blessé, les auteurs suggèrent que ce paramètre, tant dans sa qualité que quantité, est un critère important dans le mécanisme lésionnel ou comme facteur de risque.
Les physiothérapeutes ou professionnels de la performance sportive doivent donc, dans le futur, tenir compte de ces mécanismes neuromusculaires complexes qui se jouent au sein de l’entité ischio-jambiers. Au lieu de se focaliser uniquement sur le biceps fémoral qui est atteint le plus souvent chez les joueurs de football, une attention doit être également portée au semi-tendineux. La fonction de ce dernier est fondamentale dans la prévention des blessures et la recherche de performance et doit donc mériter le même traitement de faveur que le biceps fémoral par des exercices de renforcement appropriés.
De plus, les travaux scientifiques présentés au Muscle Tech à Barcelone soulignaient que chez des joueurs atteints au niveau de la longue portion du biceps fémoral, une activité trop importante du court biceps fémoral était retrouvée après la phase de réhabilitation alors que la longue portion avait toujours un déficit de force important.
Ceci nous amène donc à penser que pour une lésion musculaire des ischio-jambiers, il sera important de varier les exercices pour solliciter tant le semi-tendineux (nordic hamstring, yo-yo leg curl) que la longue portion du biceps fémoral (tirante musculador, good morning…). Le semi-tendineux retrouvera endurance et force compatible avec sa mission de dernier verrou à la fin du cycle oscillatoire et la longue portion verra son inhibition disparaitre. Les rapports de force intra et intermusculaires seront alors rétablis au sein des différents chefs des ischio-jambiers et le recrutement neuromusculaire asymétrique recherché rétablit.
Texte écrit par Arnaud Douville de Franssu
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