Biofeedback optimisé en temps réel en utilisant des techniques sportives (ROBUST) : un protocole d'étude pour un essai contrôlé randomisé

 

Introduction

Les blessures subies par les athlètes féminines constituent un problème majeur de santé publique à court et à long terme.
Aux États-Unis, 100 000 à 250 000 lésions du ligament croisé antérieur (LCA) surviennent chaque année (2, 3). Les coûts dépassent 650 millions de dollars par an en sport universitaire féminin seul (4). De plus, il existe une forte association entre les lésions du LCA et le développement de la gonarthrose à un âge relativement jeune, ce qui se produit également avec une incidence beaucoup plus élevée chez les femmes que chez les hommes (5, 6).
L'absence de mise en œuvre généralisée de programmes efficaces de prévention des blessures du LCA ont entraîné un risque toujours plus élevé de lésion chez les femmes, malgré de nombreuses recherches dans le domaine.
Les programmes de prévention des blessures du LCA utilisent diverses modalités d'entraînement neuromusculaire pour modifier la biomécanique à haut risque associée aux blessures (7). Des recherches antérieures indiquent que des moments d'abduction du genou élevés (KAM) peuvent être la stratégie de mouvement la plus importante à cibler.
Hewett et al. (8) ont évalué de façon prospective des athlètes féminines adolescentes avant leur saison sportive et ont indiqué que le KAM était le meilleur prédicteur d’une blessure subséquente du LCA. Il a également été rapporté que le KAM était significativement plus élevé chez les femmes que chez les hommes au cours de divers mouvements d'atterrissage et de pivotement (9-14).
En tant que tel, les différences de sexe dans le KAM peuvent en partie expliquer les différences drastiques dans les taux de blessures post-pubertaires. De plus, il existe un consensus dans la littérature sur le fait qu'environ 70% à 80% des lésions du LCA se produisent sans contact (17-19).
Les techniques d'analyse vidéo ont confirmé que la plupart des lésions du LCA sans contact surviennent lors d'une manœuvre de décélération ou d'atterrissage brutale, le genou étant proche de l'extension lors du contact initial (17).
Olsen a réalisé un examen vidéographique des mécanismes de lésion du LCA dans le handball et a rapporté que le mécanisme lésionnel chez les femmes était un effondrement puissant en valgus avec le genou proche de l'extension complète, associé à une rotation tibiale (15).
De plus, les articulations de la hanche présentent des différences de sexe lors du contact initial (plus grande flexion chez les hommes), et du pic d'extension de la hanche (plus grande ampleur chez les hommes). Les hommes utilisent une stratégie de hanche différente lors de l'atterrissage par rapport aux femmes. Les extenseurs de la hanche (grand fessier, ischio-jambiers) sont importants pour établir ou maintenir de façon excentrique la posture et l'équilibre lors d'un saut.
Un entrainement ciblant la musculature proximale, notamment l'activation et la force des extenseurs, pourrait améliorer le contrôle de l'abduction et de la posture du genou, entraînant une réduction plus importante du risque de lésion du LCA chez les jeunes athlètes (24).
Les programmes conventionnels de prévention des blessures du LCA utilisent les commentaires verbaux des cliniciens pour corriger les mécanismes tels que la position des genoux de l'athlète. Cependant, le type de consigne peut être très important, car les stratégies pédagogiques mettant l'accent sur un focus externe peuvent être plus bénéfiques dans l’apprentissage de la biomécanique et dans son intégration aux activités sportives que les consignes avec un focus interne (33).
Cet article présente un protocole d’étude utilisant le biofeedback biomécanique afin de réduire le risque de lésions du LCA chez les jeunes athlètes féminines.

L’hypothèse initiale est que l'entraînement ROBUST (Biofeedback en temps réel utilisant les techniques sportives) axé sur le genou et la hanche, réduira significativement la charge d'abduction du genou lors de l’atterrissages, et que l’entraînement ROBUST axé sur la hanche réduira considérablement la charge d'abduction du genou lors d'une tâche de changement de direction non planifiée par rapport à l'entraînement axé sur le genou.
 

Méthode

Il s'agit d'un essai contrôlé et randomisé, portant sur 150 joueuses de football féminins (9-19 ans). Chaque participant reçoit un entraînement préventif neuromusculaire 3 fois par semaine et un biofeedback 1 fois par semaine, les participantes étant réparties dans 3 groupes de biofeedback (axés sur la hanche, axés sur le genou, simulés).
L'objectif principal est d'évaluer l'impact de l'entraînement par biofeedback sur les moments d'abduction du genou (le principal prédicteur biomécanique d’une future lésion du LCA) lors des atterrissages à deux jambes, à une jambe et de tâches de changement de direction non planifiées.
Les tests auront lieu immédiatement avant, immédiatement après, et six mois après l'intervention pour évaluer la persistance des modifications biomécaniques. Les objectifs secondaires évalueront les changements de performance, comprenant la force, la puissance et l'agilité de la hanche et du tronc, ainsi que la mesure dans laquelle la maturation affecte l'efficacité du biofeedback.

La composante d'entraînement en résistance comprend deux séances de renforcement de la hanche et du genou et une séance de renforcement du haut du corps et de la cheville par semaine. Le tableau 1 en détaille les modalités et la progression.

Le tableau 2 décrit la progression au cours des 6 semaines d’entrainement technique / plyométrique.
Le travail de gainage met l'accent sur l'amélioration de l'activation, de la co-contraction et de la force de la musculature abdominale, lombaire, de la hanche et de la cuisse.
Les exercices utilisent une variété de surfaces instables, y compris les BOSU® Balance Trainers et les balles d'exercices thérapeutiques pour perturber la stabilité et améliorer l'engagement de la musculature de base. Les spécificités de la progression de l'entraînement de renforcement de base peuvent être trouvées dans le tableau 3.

Les sujets participeront à une session de biofeedback (10 min) une fois par semaine au cours du programme d'entraînement.
À chaque séance, les participants effectueront une série de 3 exercices (tableau 4) comprenant un squat à deux jambes, un squat à une jambe et un saut à une jambe. Bien qu'ils soient encouragés à se concentrer sur les données de biofeedback visuel, les participants recevront des instructions verbales et des commentaires d'un membre de l'équipe de recherche.
Les membres du groupe axé sur la hanche auront pour instruction d'activer les muscles de la chaine postérieure tout au long des mouvements afin d'augmenter le moment extenseur de la hanche.
Le groupe axé sur le genou devra maintenir un alignement correct des membres inférieurs (genoux au-dessus des orteils).
Les participants qui recevront un biofeedback factice seront invités à plier les genoux lors d’un exercice de squat.

Intérêt du biofeedback en temps réel

Il a été démontré que l'entraînement neuromusculaire prophylactique augmente la stabilisation active du genou et diminue l'incidence des lésions du LCA dans une population féminine sportive (2,7, 25-28). L'entraînement neuromusculaire facilite les adaptations neuromusculaires qui se concentrent sur la stabilisation des articulations et les mouvements sécuritaires. Cet entraînement permet aux athlètes féminines d'adopter des stratégies de recrutement musculaire qui diminuent le mouvement des articulations et protègent le LCA (26, 29).
Continuer à améliorer et à perfectionner ces programmes est nécessaire pour réduire le risque de blessure pouvant mener à un processus de réadaptation difficile, à une probabilité réduite de revenir au niveau d'activité antérieur à la lésion, à des taux élevés d’'apparition précoce de l'arthrose.
Les exercices typiques de réadaptation sont d’ordinaire complétés par une approche interne, ce qui signifie que l’attention est dirigée exclusivement sur les aspects internes du mouvement (i.e. éviter le valgus excessif ou la flexion accrue du genou).
Mais l’environnement sportif nécessite des interactions constantes, un environnement visuel dynamique est en évolution permanente. Le sport et les activités de la vie quotidienne nécessitent donc un contrôle externe où l’attention est dirigée vers l’environnement, et le corps repose sur un contrôle automatique pour maintenir l’intégrité de l’articulation (36).
Les signes précoces indiquent que le biofeedback est un complément efficace à l'entraînement neuromusculaire traditionnel en tant que méthode permettant de fournir une rétroaction centrée sur un focus externe aux athlètes (35).

Dans une étude pilote, Ford en 2015 rapporta que le biofeedback cinétique administré pendant les squats s’intègre rapidement aux atterrissages dynamiques (35).
Récemment Christensen et al ont rapporté que le biofeedback pouvait induire des améliorations immédiates dans la cinématique de marche chez des patients ayant subi une arthroplastie totale du genou (PTG). Il pourrait y avoir un rôle important dans l'utilisation des techniques de biofeedback visuel pour améliorer les anomalies de la cinématique de marche suite à une PTG (37).

Cet essai permettra d’élucider les avantages de l’intégration du biofeedback en temps réel dans les stratégies de prévention des atteintes du LCA et aidera à déterminer si le retour de la variable biomécanique la plus prédictive de la blessure (KAM) ou le mécanisme sous-jacent de la biomécanique anormale (moment de l'extenseur de la hanche) est le plus bénéfique pour ces athlètes lorsqu'ils passent de l'entraînement contrôlé à des activités sportives et dynamiques.

Les résultats de l’étude devraient être connus début 2019. Un peu de patience…
 
Références
1. Agel J, Arendt EA, Bershadsky B. Anterior cruciate ligament injury in national collegiate athletic association basketball and soccer: A 13-year review. Am J Sports Med. 2005;33:524–30.
2. Scillia AJ, Issa K, Boylan MR, McDermott JD, McInerney VK, Patel DV, Mont MA, Festa AN. Inpatient cruciate ligament reconstruction in the United States: A nationwide database study from 1998 to 2010. Orthopedics. 2016; 39:e196–202.
3. Toth AP, Cordasco FA. Anterior cruciate ligament injuries in the female athlete. J Gend Specif Med. 2001;4:25–34.
4. Myer GD, Ford KR, Hewett TE. Rationale and clinical techniques for anterior cruciate ligament injury prevention among female athletes. J Athl Train. 2004;39:352–64.
5. Lohmander LS, Ostenberg A, Englund M, Roos H. High prevalence of knee osteoarthritis, pain, and functional limitations in female soccer players twelve years after anterior cruciate ligament injury. Arthritis Rheum. 2004;50:3145–52.
6. von Porat A, Roos EM, Roos H. High prevalence of osteoarthritis 14 years after an anterior cruciate ligament tear in male soccer players: A study of radiographic and patient relevant outcomes. Ann Rheum Dis. 2004;63:269–73.
7. Taylor JB, Waxman JP, Richter SJ, Shultz SJ. Evaluation of the effectiveness of anterior cruciate ligament injury prevention programme training components: A systematic review and meta-analysis. Br J Sports Med. 2015;49:79–87.
8. Hewett TE, Myer GD, Ford KR, Heidt Jr RS, Colosimo AJ, McLean SG, van den Bogert AJ, Paterno MV, Succop P. Biomechanical measures of neuromuscular control and valgus loading of the knee predict anterior cruciate ligament injury risk in female athletes: A prospective study. Am J Sports Med. 2005;33:492–501.
9. Ford KR, Myer GD, Hewett TE. Valgus knee motion during landing in high school female and male basketball players. Med Sci Sports Exerc. 2003;35:1745–50.
10. Ford KR, Myer GD, Toms HE, Hewett TE. Gender differences in the kinematics of unanticipated cutting in young athletes. Med Sci Sports Exerc. 2005; 37:124–9.
11. Ford KR, Myer GD, Smith RL, Vianello RM, Seiwert SL, Hewett TE. A comparison of dynamic coronal plane excursion between matched male and female athletes when performing single leg landings. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2006;21:33–40.
12. Ford KR, Shapiro R, Myer GD, van den Bogert AJ, Hewett TE. Longitudinal sex differences during landing in knee abduction in young athletes. Med Sci Sports Exerc. 2010;42:1923–31.
13. Hewett TE, Myer GD, Kiefer AW, Ford KR. Longitudinal increases in knee abduction moments in females during adolescent growth. Med Sci Sports Exerc. 2015;47(12):2579–85.
14. Carson DW, Ford KR. Sex differences in knee abduction during landing: A systematic review. Sports Health. 2011;3:373–82.
15. Olsen OE, Myklebust G, Engebretsen L, Bahr R. Injury mechanisms for anterior cruciate ligament injuries in team handball: A systematic video analysis. Am J Sports Med. 2004;32:1002–12.
16. Krosshaug T, Nakamae A, Boden BP, Engebretsen L, Smith G, Slauterbeck JR, Hewett TE, Bahr R. Mechanisms of anterior cruciate ligament injury in basketball: Video analysis of 39 cases. Am J Sports Med. 2007;35:359–67.
17. Boden BP, Dean GS, Feagin JA, Garrett WE. Mechanisms of anterior cruciate ligament injury. Orthopedics. 2000;23:573–8.
18. Hewett TE, Myer GD, Ford KR. Anterior cruciate ligament injuries in female athletes: Part 1, mechanisms and risk factors. Am J Sports Med. 2006;34: 299–311.
19. McNair PJ, Marshall RN, Matheson JA. Important features associated with acute anterior cruciate ligament injury. N Z Med J. 1990;103:537–9.
20. Ireland ML. The female acl: Why is it more prone to injury? Orthop Clin North Am. 2002;33:637–51.
21. Knapik JJ, Bauman CL, Jones BH, Harris JM, Vaughan L. Preseason strength and flexibility imbalances associated with athletic injuries in female collegiate athletes. Am J Sports Med. 1991;19:76–81.
22. Ford KR, Myer GD, Smith RL, Byrnes RN, Dopirak SE, Hewett TE. Use of an overhead goal alters vertical jump performance and biomechanics. J Strength Cond Res. 2005;19:394–9.
23. Ford KR, Myer GD, Hewett TE. Longitudinal effects of maturation on lower extremity joint stiffness in adolescent athletes. Am J Sports Med. 2010;38:1829–37.
24. Ford KR, Nguyen AD, Dischiavi SL, Hegedus EJ, Zuk EF, Taylor JB. An evidence-based review of hip-focused neuromuscular exercise interventions to address dynamic lower extremity valgus. Open Access J Sports Med. 2015;6:291–303.
25. Hewett TE, Stroupe AL, Nance TA, Noyes FR. Plyometric training in female athletes. Decreased impact forces and increased hamstring torques. Am J Sports Med. 1996;24:765–73.
26. Myer GD, Ford KR, Brent JL, Hewett TE. The effects of plyometric versus dynamic balance training on landing force and center of pressure stabilization in female athletes. Br J Sports Med. 2005;39:397.
27. Myklebust G, Engebretsen L, Braekken IH, Skjolberg A, Olsen OE, Bahr R. Prevention of anterior cruciate ligament injuries in female team handball players: A prospective intervention study over three seasons. Clin J Sport Med. 2003;13:71–8.
28. Walden M, Atroshi I, Magnusson H, Wagner P, Hagglund M. Prevention of acute knee injuries in adolescent female football players: Cluster randomised controlled trial. BMJ. 2012;344:e3042.
29. Lloyd DG, Buchanan TS. A model of load sharing between muscles and soft tissues at the human knee during static tasks. J Biomech Eng. 1996;118:367–76.
30. Sugimoto D, Myer GD, Bush HM, Klugman MF, Medina McKeon JM, Hewett TE. Compliance with neuromuscular training and anterior cruciate ligament injury risk reduction in female athletes: A meta-analysis. J Athl Train. 2012;47: 714–23.
31. Mall NA, Chalmers PN, Moric M, Tanaka MJ, Cole BJ, Bach Jr BR, Paletta Jr GA. Incidence and trends of anterior cruciate ligament reconstruction in the united states. Am J Sports Med. 2014;42:2363–70.
32. Voskanian N. Acl injury prevention in female athletes: Review of the literature and practical considerations in implementing an acl prevention program. Curr Rev Musculoskelet Med. 2013;6:158–63.
33. Benjaminse A, Gokeler A, Dowling AV, Faigenbaum A, Ford KR, Hewett TE, Onate JA, Otten B, Myer GD. Optimization of the anterior cruciate ligament injury prevention paradigm: Novel feedback techniques to enhance motor learning and reduce injury risk. J Orthop Sports Phys
Ther. 2015;45:170–82.
34. Willy RW, Buchenic L, Rogacki K, Ackerman J, Schmidt A, Willson JD. In-field gait retraining and mobile monitoring to address running biomechanics associated with tibial stress fracture. Scand J Med Sci Sports. 2016;26: 197–205.
35. Ford KR, DiCesare CA, Myer GD, Hewett TE. Real-time biofeedback to target risk of anterior cruciate ligament injury: a technical report for injury prevention and rehabilitation. J Sport Rehabil. 2015;Technical Notes. doi: 10. 1123/jsr.2013-0138.
36. Robertson RJ, Goss FL, Andreacci JL, Dube JJ, Rutkowski JJ, Frazee KM, Aaron DJ, Metz KF, Kowallis RA, Snee BM. Validation of the children's omniresistance exercise scale of perceived exertion. Med Sci Sports Exerc. 2005; 37:819–26.
37. Hewett TE, Ford KR, Myer GD. Anterior cruciate ligament injuries in female athletes: Part 2, a meta-analysis of neuromuscular interventions aimed at injury prevention. Am J Sports Med. 2006;34:490–8.
38. Hewett TE, Lindenfeld TN, Riccobene JV, Noyes FR. The effect of neuromuscular training on the incidence of knee injury in female athletes. A prospective study. Am J Sports Med. 1999;27:699–706.
39. Myer GD, Faigenbaum AD, Chu DA, Falkel J, Ford KR, Best TM, Hewett TE. Integrative training for children and adolescents: Techniques and practices for reducing sports-related injuries and enhancing athletic performance. Phys Sportsmed. 2011;39:74–84.
40. Myer GD, Brent JL, Ford KR, Hewett TE. A pilot study to determine the effect of trunk and hip focused neuromuscular training on hip and knee isokinetic strength. Br J Sports Med. 2008;42:614–9.
41. Harris PA, Taylor R, Thielke R, Payne J, Gonzalez N, Conde JG. Research electronic data capture (redcap)–a metadata-driven methodology and workflow process for providing translational research informatics support. J Biomed Inform. 2009;42:377–81.
42. Vescovi JD, Brown TD, Murray TM. Positional characteristics of physical performance in division i college female soccer players. J Sports Med Phys Fitness. 2006;46:221–6.
43. Tong TK, Wu S, Nie J. Sport-specific endurance plank test for evaluation of global core muscle function. Phys Ther Sport. 2014;15:58–63.
44. Schulz KF, Altman DG, Moher D, Group C. Consort 2010 statement: Updated guidelines for reporting parallel group randomised trials. BMC Med. 2010;8:18.
45. Chappell JD, Limpisvasti O. Effect of a neuromuscular training program on the kinetics and kinematics of jumping tasks. Am J Sports Med. 2008;36: 1081–6.
46. Grandstrand SL, Pfeiffer RP, Sabick MB, DeBeliso M, Shea KG. The effects of a commercially available warm-up program on landing mechanics in female youth soccer players. J Strength Cond Res. 2006;20:331–5.
47. Zebis MK, Andersen LL, Brandt M, Myklebust G, Bencke J, Lauridsen HB, Bandholm T, Thorborg K, Holmich P, Aagaard P. Effects of evidence-based prevention training on neuromuscular and biomechanical risk factors for acl injury in adolescent female athletes: A randomised controlled trial. Br J Sports Med. 2015:epub ahead of print.
48. Schmitz RJ, Shultz SJ, Nguyen AD. Dynamic valgus alignment and functional strength in males and females during maturation. J Athl Train. 2009;44:26–32.
49. Shultz SJ, Nguyen AD, Schmitz RJ. Differences in lower extremity anatomical and postural characteristics in males and females between maturation groups. J Orthop Sports Phys Ther. 2008;38:137–49.
50. Sigward SM, Pollard CD, Powers CM. The influence of sex and maturation on landing biomechanics: Implications for anterior cruciate ligament injury. Scand J Med Sci Sports. 2012;22:502–9.
51. Hewett TE, Myer GD, Ford KR. Decrease in neuromuscular control about the knee with maturation in female athletes. J Bone Joint Surg Am. 2004;86-A: 1601–8.
52. Yoo JH, Lim BO, Ha M, et al. A meta-analysis of the effect of neuromuscular training on the prevention of the anterior cruciate ligament injury in female athletes. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2010;18:824-830.
53.Christensen, J. C., LaStayo, P. C., Marcus, R. L., Stoddard, G. J., Foreman, K. B., Mizner, R. L.& Pelt, C. E. (2018). Visual knee-kinetic biofeedback technique normalizes gait abnormalities during high-demand mobility after total knee arthroplasty. The Knee.