Effet de l'exercice isotonique et isocinétique sur l'activité musculaire et l'équilibre de l'articulation de la cheville
Introduction
Les articulations de la cheville jouent un rôle important dans la marche. La structure du pied est adaptée à la locomotion et l'alignement du pied et de la cheville joue un rôle important dans la position debout et dans la marche [1], ainsi que dans le support du poids lors de la marche [2]. Le fonctionnement propre de l'articulation de la cheville est nécessaire lors de la vie quotidienne, les activités de loisirs et les activités sportives [3], et est important dans la marche fonctionnelle en termes de propriétés mécaniques [4]. La force des muscles autour de la cheville est en relation avec les blessures causées par les activités sportives [3], et cette force est essentielle dans la prévention des chutes [5]. Le système nerveux central, qui commande la réponse physique spontanée aux événements extérieurs, et étire et contracte les muscles, génère le couple actif. Le couple actif qui est gagné par le système nerveux central est aussi nécessaire pour le développement d'une stratégie appropriée pour l'articulation de la cheville [6]. Le contrôle postural implique une stratégie pas à pas adéquate et l'utilisation appropriée des muscles attachés aux hanches et aux chevilles [7]. Les principales fonctions de l'articulation de la cheville sont la possibilité d'un ajustement de l'équilibre en réponse à une perturbation posturale, l'absorption des chocs pendant la marche, et le mouvement de l'extrémité inférieure [8].
Le maintien de l'équilibre est un processus complexe, et il est influencé par un ensemble de plusieurs fonctions sensori-motrices, dont la force musculaire, la proprioception, et les systèmes sensoriels visuel et vestibulaire [9]. Le système nerveux central utilise le chemin des voies motrices ascendantes qui reçoivent des informations des pieds pour contrôler la position du corps et coordonner la posture par rapport à l'environnement [10]. L'articulation de la cheville a la fonction de contrôle de l'équilibre, répondant aux forces de réaction du sol, elle contracte les muscles tels que les gastrocnémiens, le soléaire et le tibial antérieur [6]. Les fléchisseurs plantaires et dorsaux jouent un rôle central dans le maintien de l'équilibre au cours de l'appui unipodal et bipodal, et les gastrocnémiens et le soléaire jouent un rôle significatif dans la correction posturale [11]. La force musculaire et l'activation musculaire sont nécessaires pour l'équilibre, pour maintenir le centre de gravité au sein du polygone de sustentation [12].
L'unité muscle-tendon du mollet à la cheville joue un rôle important dans les activités de base du mouvement humain [18], tel que le contrôle de l'équilibre en position debout [19], et l'amélioration de l'efficacité de la marche [20]. Malgré le fait que l'articulation de la cheville ait une telle importance, la plupart des études ont réalisé des exercices sur les muscles du genou plutôt que sur ceux de la cheville, et ont analysé les variables de la fonction musculaire telles que la force et la puissance musculaires. Par conséquent, l'étude que nous présentons ici, parue dans le Journal of Physical Therapy Science, a examiné les effets des exercices isotoniques et isocinétiques effectués par les muscles essentiels de la cheville, qui jouent un rôle important dans l'équilibre et la marche. Le but était d'étudier comment l'activité musculaire et l'équilibre étaient affectés par les exercices isotoniques et isocinétiques. En outre, les effets des exercices isotoniques et isocinétiques sur le tibial antérieur, responsable de la flexion dorsale, et sur le long fibulaire et les gastrocnémiens, responsables de la flexion plantaire, ont été étudiés.
Sujets et méthodes
Vingt étudiants (10 hommes, 10 femmes; 18 droitiers et 2 gauchers) se sont portés volontaires pour cette étude. Ils ont été clairement informés du propos de l'étude et des procédures expérimentales avant de fournir leur consentement écrit. Aucun des sujets ne présentait de déficiences des systèmes musculo-squelettiques ou neurologiques, et aucun n'avait déjà reçu d'entraînement basé sur du renforcement musculaire au cours des 6 derniers mois [21]. Deux types d'exercices ont été effectués et 10 sujets ont chacun été assignés au hasard au groupe d'exercices isotoniques et les 10 autres au groupe d'exercices isocinétiques.
Ont été utilisés :
- Un analyseur de la composition corporelle pour mesurer les caractéristiques physiques des sujets,
- Un système de réhabilitation fonctionnelle pour évaluer la contraction isométrique maximale volontaire et pour réaliser les exercices isotoniques et isocinétiques,
- Un système EMG pour mesurer l'activité musculaire,
- Une plateforme d'équilibre informatisée pour mesurer la capacité d'équilibre.
Des électrodes de surface ont été positionnées sur les deux muscles tibial antérieur, sur les longs fibulaires et sur les gastrocnémiens médiaux de chaque participant. Les sujets étaient assis sur un dynamomètre avec leurs hanches et leurs genoux fixés en position moyenne avec une attelle. L'axe de rotation des équipements a ensuite été ajusté pour correspondre à la ligne qui relie les malléoles, et le pied a été fixé pour les exercices isocinétiques [23]. Aucun mouvement n'était possible, et les exercices ont été effectués du côté non dominant [24]. L'équilibre a été mesuré immédiatement après réalisation du protocole d'exercices [11]. Tous les exercices et les mesures ont été effectués avec les sujets pieds nus pour éviter toute confusion potentielle pouvant être causée par les différents types de chaussures ou les hauteurs de talon [18].
Pour l'électromyographie de surface, les électrodes ont été fixées au muscle lors de la contraction statique maximale pour prévenir toute difficulté technique pouvant influencer l'expérience [25]. Les sujets ont effectué une série de cinq contractions submaximales comme échauffement pour se familiariser avec le dynamomètre [28], puis respectaient 5 minutes de repos pour prévenir les effets de la fatigue [29]. Le plus haut couple maximal des trois contractions isométriques maximales volontaires (CIMV) a été utilisé dans cette étude [30].
Dans le groupe isotonique, le niveau de résistance a été fixé à 50% de la CIMV [31]. L'exercice a été effectué en 1 série à une vitesse auto-rythmée [32]. Le groupe isotonique a effectué des flexions plantaires et dorsales en 3 séries de 10, avec une minute de repos entre chaque série [13]. Dans le groupe isocinétique, la vitesse angulaire de 60°/s qui est généralement utilisée pour les exercices de renforcement musculaire chez les adultes sains et les athlètes a été choisie parmi les vitesses angulaires de 60°/s, 180°/s et 300°/s, qui sont appropriées pour l'isocinétisme [33]. Dans le groupe isotonique, la cheville a été placée en position neutre [34], et les sujets ont effectué des flexions plantaires et dorsales dans une amplitude non douloureuse du mouvement en 3 séries de 10, pour un total de 30 fois [35], avec une minute de repos entre chaque série également [24].
Pour mesurer l'équilibre, le test debout sur une jambe avec les yeux ouverts a été réalisé sur une plateforme d'équilibre informatisée [35]. Pendant les essais, les sujets devaient rester pieds nus sur une jambe pendant 30 secondes avec les yeux ouverts [36]. Pour les informations visuelles, il était demandé aux sujets de se tenir dans une position aussi stable que possible, en regardant un point sur un écran situé à 65 cm devant eux au cours des essais expérimentaux [37].
Les caractéristiques physiques sont présentées comme moyenne ± écart-type.
Les tests statistiques utilisés avaient pour but d'étudier la significativité des différences d'équilibre et de comparer l'EMG et l'équilibre du tibial antérieur, du long fibulaire et du gastrocnémien médial entre les groupes (exercices isotoniques et isocinétiques) et en fonction du temps (pré-exercice et post-exercice).
Le niveau de signification statistique a été choisi à α = 0,05.
Les articulations de la cheville jouent un rôle important dans la marche. La structure du pied est adaptée à la locomotion et l'alignement du pied et de la cheville joue un rôle important dans la position debout et dans la marche [1], ainsi que dans le support du poids lors de la marche [2]. Le fonctionnement propre de l'articulation de la cheville est nécessaire lors de la vie quotidienne, les activités de loisirs et les activités sportives [3], et est important dans la marche fonctionnelle en termes de propriétés mécaniques [4]. La force des muscles autour de la cheville est en relation avec les blessures causées par les activités sportives [3], et cette force est essentielle dans la prévention des chutes [5]. Le système nerveux central, qui commande la réponse physique spontanée aux événements extérieurs, et étire et contracte les muscles, génère le couple actif. Le couple actif qui est gagné par le système nerveux central est aussi nécessaire pour le développement d'une stratégie appropriée pour l'articulation de la cheville [6]. Le contrôle postural implique une stratégie pas à pas adéquate et l'utilisation appropriée des muscles attachés aux hanches et aux chevilles [7]. Les principales fonctions de l'articulation de la cheville sont la possibilité d'un ajustement de l'équilibre en réponse à une perturbation posturale, l'absorption des chocs pendant la marche, et le mouvement de l'extrémité inférieure [8].
Le maintien de l'équilibre est un processus complexe, et il est influencé par un ensemble de plusieurs fonctions sensori-motrices, dont la force musculaire, la proprioception, et les systèmes sensoriels visuel et vestibulaire [9]. Le système nerveux central utilise le chemin des voies motrices ascendantes qui reçoivent des informations des pieds pour contrôler la position du corps et coordonner la posture par rapport à l'environnement [10]. L'articulation de la cheville a la fonction de contrôle de l'équilibre, répondant aux forces de réaction du sol, elle contracte les muscles tels que les gastrocnémiens, le soléaire et le tibial antérieur [6]. Les fléchisseurs plantaires et dorsaux jouent un rôle central dans le maintien de l'équilibre au cours de l'appui unipodal et bipodal, et les gastrocnémiens et le soléaire jouent un rôle significatif dans la correction posturale [11]. La force musculaire et l'activation musculaire sont nécessaires pour l'équilibre, pour maintenir le centre de gravité au sein du polygone de sustentation [12].
L'unité muscle-tendon du mollet à la cheville joue un rôle important dans les activités de base du mouvement humain [18], tel que le contrôle de l'équilibre en position debout [19], et l'amélioration de l'efficacité de la marche [20]. Malgré le fait que l'articulation de la cheville ait une telle importance, la plupart des études ont réalisé des exercices sur les muscles du genou plutôt que sur ceux de la cheville, et ont analysé les variables de la fonction musculaire telles que la force et la puissance musculaires. Par conséquent, l'étude que nous présentons ici, parue dans le Journal of Physical Therapy Science, a examiné les effets des exercices isotoniques et isocinétiques effectués par les muscles essentiels de la cheville, qui jouent un rôle important dans l'équilibre et la marche. Le but était d'étudier comment l'activité musculaire et l'équilibre étaient affectés par les exercices isotoniques et isocinétiques. En outre, les effets des exercices isotoniques et isocinétiques sur le tibial antérieur, responsable de la flexion dorsale, et sur le long fibulaire et les gastrocnémiens, responsables de la flexion plantaire, ont été étudiés.
Sujets et méthodes
Vingt étudiants (10 hommes, 10 femmes; 18 droitiers et 2 gauchers) se sont portés volontaires pour cette étude. Ils ont été clairement informés du propos de l'étude et des procédures expérimentales avant de fournir leur consentement écrit. Aucun des sujets ne présentait de déficiences des systèmes musculo-squelettiques ou neurologiques, et aucun n'avait déjà reçu d'entraînement basé sur du renforcement musculaire au cours des 6 derniers mois [21]. Deux types d'exercices ont été effectués et 10 sujets ont chacun été assignés au hasard au groupe d'exercices isotoniques et les 10 autres au groupe d'exercices isocinétiques.
Ont été utilisés :
- Un analyseur de la composition corporelle pour mesurer les caractéristiques physiques des sujets,
- Un système de réhabilitation fonctionnelle pour évaluer la contraction isométrique maximale volontaire et pour réaliser les exercices isotoniques et isocinétiques,
- Un système EMG pour mesurer l'activité musculaire,
- Une plateforme d'équilibre informatisée pour mesurer la capacité d'équilibre.
Des électrodes de surface ont été positionnées sur les deux muscles tibial antérieur, sur les longs fibulaires et sur les gastrocnémiens médiaux de chaque participant. Les sujets étaient assis sur un dynamomètre avec leurs hanches et leurs genoux fixés en position moyenne avec une attelle. L'axe de rotation des équipements a ensuite été ajusté pour correspondre à la ligne qui relie les malléoles, et le pied a été fixé pour les exercices isocinétiques [23]. Aucun mouvement n'était possible, et les exercices ont été effectués du côté non dominant [24]. L'équilibre a été mesuré immédiatement après réalisation du protocole d'exercices [11]. Tous les exercices et les mesures ont été effectués avec les sujets pieds nus pour éviter toute confusion potentielle pouvant être causée par les différents types de chaussures ou les hauteurs de talon [18].
Pour l'électromyographie de surface, les électrodes ont été fixées au muscle lors de la contraction statique maximale pour prévenir toute difficulté technique pouvant influencer l'expérience [25]. Les sujets ont effectué une série de cinq contractions submaximales comme échauffement pour se familiariser avec le dynamomètre [28], puis respectaient 5 minutes de repos pour prévenir les effets de la fatigue [29]. Le plus haut couple maximal des trois contractions isométriques maximales volontaires (CIMV) a été utilisé dans cette étude [30].
Dans le groupe isotonique, le niveau de résistance a été fixé à 50% de la CIMV [31]. L'exercice a été effectué en 1 série à une vitesse auto-rythmée [32]. Le groupe isotonique a effectué des flexions plantaires et dorsales en 3 séries de 10, avec une minute de repos entre chaque série [13]. Dans le groupe isocinétique, la vitesse angulaire de 60°/s qui est généralement utilisée pour les exercices de renforcement musculaire chez les adultes sains et les athlètes a été choisie parmi les vitesses angulaires de 60°/s, 180°/s et 300°/s, qui sont appropriées pour l'isocinétisme [33]. Dans le groupe isotonique, la cheville a été placée en position neutre [34], et les sujets ont effectué des flexions plantaires et dorsales dans une amplitude non douloureuse du mouvement en 3 séries de 10, pour un total de 30 fois [35], avec une minute de repos entre chaque série également [24].
Pour mesurer l'équilibre, le test debout sur une jambe avec les yeux ouverts a été réalisé sur une plateforme d'équilibre informatisée [35]. Pendant les essais, les sujets devaient rester pieds nus sur une jambe pendant 30 secondes avec les yeux ouverts [36]. Pour les informations visuelles, il était demandé aux sujets de se tenir dans une position aussi stable que possible, en regardant un point sur un écran situé à 65 cm devant eux au cours des essais expérimentaux [37].
Les caractéristiques physiques sont présentées comme moyenne ± écart-type.
Les tests statistiques utilisés avaient pour but d'étudier la significativité des différences d'équilibre et de comparer l'EMG et l'équilibre du tibial antérieur, du long fibulaire et du gastrocnémien médial entre les groupes (exercices isotoniques et isocinétiques) et en fonction du temps (pré-exercice et post-exercice).
Le niveau de signification statistique a été choisi à α = 0,05.
Résultats
Vingt adultes en bonne santé ont participé à cette étude, et leurs caractéristiques physiques sont présentées dans le tableau 1.
Les résultats de la comparaison de l'électromyographie musculaire entre pré-test et post-test par groupe sont présentés dans le tableau 2.
L'analyse statistique a révélé que tant le groupe avec exercices isotoniques que celui avec exercices isocinétiques n'a montré d'effet d'interaction entre les groupes ni par rapport au temps, ni un effet principal du temps. Un effet principal de groupe a été trouvé pour le tibial antérieur non dominant, le tibial antérieur dominant, le gastrocnémien dominant et le long fibulaire dominant (p<0,05). Les changements d'équilibre entre pré-test et post-test par groupe sont indiqués dans le tableau 3. L'analyse statistique a montré que les deux groupes d'exercice n'ont montré ni d'effet d'interaction entre les groupes et le temps, ni d'effet principal de groupe. Un effet principal du temps était statistiquement significatif pour la zone de balancement lorsque le soutien a été fourni par le côté non dominant dans les deux groupes (p <0,05).
Vingt adultes en bonne santé ont participé à cette étude, et leurs caractéristiques physiques sont présentées dans le tableau 1.
Les résultats de la comparaison de l'électromyographie musculaire entre pré-test et post-test par groupe sont présentés dans le tableau 2.
L'analyse statistique a révélé que tant le groupe avec exercices isotoniques que celui avec exercices isocinétiques n'a montré d'effet d'interaction entre les groupes ni par rapport au temps, ni un effet principal du temps. Un effet principal de groupe a été trouvé pour le tibial antérieur non dominant, le tibial antérieur dominant, le gastrocnémien dominant et le long fibulaire dominant (p<0,05). Les changements d'équilibre entre pré-test et post-test par groupe sont indiqués dans le tableau 3. L'analyse statistique a montré que les deux groupes d'exercice n'ont montré ni d'effet d'interaction entre les groupes et le temps, ni d'effet principal de groupe. Un effet principal du temps était statistiquement significatif pour la zone de balancement lorsque le soutien a été fourni par le côté non dominant dans les deux groupes (p <0,05).
Discussion
Maintenir l'équilibre dans une position debout est un élément essentiel de la vie quotidienne [39]. La perte d'équilibre est causée par le centre de pression du pied qui dépasse les limites de la stabilité du polygone de sustentation [38]. Le processus sensoriel de l'équilibre est une interaction parmi les sens somatiques, qui comprennent la proprioception, le sens visuel, et l'entrée stéréotaxique du système vestibulaire [40]. La séquence de l'activité des membres inférieurs est un facteur important de la fonction neuromusculaire de l'articulation de la cheville [41], et les balancements sont liés à la variabilité posturale, qui fournit des informations importantes à propos de la stabilité et du contrôle postural. La fatigue augmente les oscillations [36] et analyser ces oscillations est essentiel pour la compréhension des mécanismes de contrôle postural et le traitement des patients atteints de dysfonctions de l'équilibre [42]. Dans cette étude, les adultes sains ont effectué des exercices isotoniques et isocinétiques pour l'articulation de la cheville, et il a ensuite été étudié comment respectivement ces exercices pouvaient influencer l'activité musculaire et l'équilibre. Lorsque l'activité musculaire a été comparée entre les pré-test et post-test par groupe, à la fois les muscles tibial antérieur des côtés dominant et non dominant ont présenté des différences significatives lorsque le maintien de la position debout était apporté par le côté non dominant, et le muscle gastrocnémien dominant et le long fibulaire dominant présentaient des différences significatives lorsque le maintien était apporté par le côté dominant.
Kennedy et al [44] avaient rapporté que les fléchisseurs plantaires nécessitaient 7 minutes de récupération par rapport à la fatigue, contrairement aux fléchisseurs dorsaux qui n'avaient besoin que d'une minute. La possibilité de compensation par d'autres muscles est supérieure pour les fléchisseurs plantaires que pour les fléchisseurs dorsaux, principalement composés du tibial antérieur, contrairement aux fléchisseurs plantaires qui sont composés de muscles synergiques. Les auteurs présument ici que la raison pour laquelle, des deux côtés, le tibial antérieur a montré une récupération plus rapide que celle des fléchisseurs plantaires est l'existence de compensations des autres muscles.
En conclusion, cette étude a été menée pour examiner comment l'équilibre des membres inférieurs et les activités musculaires du tibial antérieur, du gastrocnémien médial et du long fibulaire sont influencées par les exercices isotoniques et isocinétiques de l'articulation de la cheville.
Les sujets de cette étude étaient sains, avaient une vingtaine d'années, et les résultats suivants ont été obtenus :
(1) Les changements dans les activités musculaires entre avant et après le test dans les deux groupes d'exercices (isotoniques et isocinétiques) n'ont pas montré d'effet d'interaction entre les groupes et au cours du temps, et aucun effet principal du temps n'a été représenté par l'un ou l'autre des groupes. Un effet principal a été montré par le tibial antérieur non dominant, le tibial antérieur dominant, le gastrocnémien dominant et le long fibulaire dominant.
(2) Les modifications de l'équilibre entre pré-test et post-test dans les deux groupes d'exercices n'ont pas montré d'effet d'interaction entre les groupes et au cours du temps, et un effet principal n'a été montré pour aucun des groupes. Un effet principal du temps a été montré pour les deux groupes d'exercices isotoniques et isocinétiques par rapport aux oscillations quand l'appui a été fourni par le côté non dominant.
Les deux groupes d'exercice ont montré des différences significatives d'activités musculaires, et le groupe effectuant des exercices isocinétiques a montré des activités musculaires plus élevées. En termes d'équilibre, il n'y avait aucune différence entre les groupes, mais il y avait une différence significative entre les résultats pré-test et post-test.
Les résultats de cette étude peuvent aider à la sélection des exercices pour la kinésithérapie, car ils démontrent que l'activité musculaire et l'équilibre varient en fonction du type d'exercice.
Article de référence
Kim M-K, Yoo K-T. Effect of isotonic and isokinetic exercise on muscle activity and balance of the ankle joint. J Phys Ther Sci. 2015;27(2):415-420.
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Maintenir l'équilibre dans une position debout est un élément essentiel de la vie quotidienne [39]. La perte d'équilibre est causée par le centre de pression du pied qui dépasse les limites de la stabilité du polygone de sustentation [38]. Le processus sensoriel de l'équilibre est une interaction parmi les sens somatiques, qui comprennent la proprioception, le sens visuel, et l'entrée stéréotaxique du système vestibulaire [40]. La séquence de l'activité des membres inférieurs est un facteur important de la fonction neuromusculaire de l'articulation de la cheville [41], et les balancements sont liés à la variabilité posturale, qui fournit des informations importantes à propos de la stabilité et du contrôle postural. La fatigue augmente les oscillations [36] et analyser ces oscillations est essentiel pour la compréhension des mécanismes de contrôle postural et le traitement des patients atteints de dysfonctions de l'équilibre [42]. Dans cette étude, les adultes sains ont effectué des exercices isotoniques et isocinétiques pour l'articulation de la cheville, et il a ensuite été étudié comment respectivement ces exercices pouvaient influencer l'activité musculaire et l'équilibre. Lorsque l'activité musculaire a été comparée entre les pré-test et post-test par groupe, à la fois les muscles tibial antérieur des côtés dominant et non dominant ont présenté des différences significatives lorsque le maintien de la position debout était apporté par le côté non dominant, et le muscle gastrocnémien dominant et le long fibulaire dominant présentaient des différences significatives lorsque le maintien était apporté par le côté dominant.
Kennedy et al [44] avaient rapporté que les fléchisseurs plantaires nécessitaient 7 minutes de récupération par rapport à la fatigue, contrairement aux fléchisseurs dorsaux qui n'avaient besoin que d'une minute. La possibilité de compensation par d'autres muscles est supérieure pour les fléchisseurs plantaires que pour les fléchisseurs dorsaux, principalement composés du tibial antérieur, contrairement aux fléchisseurs plantaires qui sont composés de muscles synergiques. Les auteurs présument ici que la raison pour laquelle, des deux côtés, le tibial antérieur a montré une récupération plus rapide que celle des fléchisseurs plantaires est l'existence de compensations des autres muscles.
En conclusion, cette étude a été menée pour examiner comment l'équilibre des membres inférieurs et les activités musculaires du tibial antérieur, du gastrocnémien médial et du long fibulaire sont influencées par les exercices isotoniques et isocinétiques de l'articulation de la cheville.
Les sujets de cette étude étaient sains, avaient une vingtaine d'années, et les résultats suivants ont été obtenus :
(1) Les changements dans les activités musculaires entre avant et après le test dans les deux groupes d'exercices (isotoniques et isocinétiques) n'ont pas montré d'effet d'interaction entre les groupes et au cours du temps, et aucun effet principal du temps n'a été représenté par l'un ou l'autre des groupes. Un effet principal a été montré par le tibial antérieur non dominant, le tibial antérieur dominant, le gastrocnémien dominant et le long fibulaire dominant.
(2) Les modifications de l'équilibre entre pré-test et post-test dans les deux groupes d'exercices n'ont pas montré d'effet d'interaction entre les groupes et au cours du temps, et un effet principal n'a été montré pour aucun des groupes. Un effet principal du temps a été montré pour les deux groupes d'exercices isotoniques et isocinétiques par rapport aux oscillations quand l'appui a été fourni par le côté non dominant.
Les deux groupes d'exercice ont montré des différences significatives d'activités musculaires, et le groupe effectuant des exercices isocinétiques a montré des activités musculaires plus élevées. En termes d'équilibre, il n'y avait aucune différence entre les groupes, mais il y avait une différence significative entre les résultats pré-test et post-test.
Les résultats de cette étude peuvent aider à la sélection des exercices pour la kinésithérapie, car ils démontrent que l'activité musculaire et l'équilibre varient en fonction du type d'exercice.
Article de référence
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