Effets immédiats du FRED exercice sur la cinématique lombo-pelvienne chez des sujets avec et sans douleur lombaire

Introduction

Le déconditionnement musculaire dû à l’absence d’activité physique conduit inéluctablement à augmenter le risque de douleur lombaire. Le coût de la prise en charge des lombalgies est estimé à plus de 1 milliard de livres en Angleterre [35].
Les causes des lombalgies sont multiples et complexes [2,38] mais il semble clair qu’une altération de la mécanique du rachis est susceptible d’entrainer une atrophie musculaire et d’induire une modification du contrôle moteur du multifidus et du transverse de l’abdomen.
Il a été également montré que cette atrophie du Tra et du LM est associé à une perte de lordose lombaire et ainsi au développement de douleurs lombaires [16,8,23,24,12]. Evetts et al. [10] ont montré que deux semaines passées dans des conditions antigravitaires ont suffi à créer un contexte d’atrophie musculaire comparable  à ce qu’on retrouve chez des sujets lombalgiques [5]. La perte de contrôle moteur consécutif augmente le risque d’hernie discale d’après Johnston et al. [26]. Dès leur retour sur Terre, les astronautes doivent recourir à un programme de reconditionnement et de renforcement musculaire intensif pour réduire les risques de problèmes lombaires.
Comme cité précédemment le multifidus et le transverse jouent un rôle fondamental dans le contrôle moteur du rachis lombaire [7,37]. Ce sont des muscles profonds nécessitant une prise de conscience fine du patient afin de stimuler ces muscles d’où la difficulté chez les patients dont le schéma corporel lombaire est altéré.
Il est communément admis que le traitement des lombalgies nécessite un travail musculaire spécifique et ciblé permettant une stimulation du contrôle moteur. C’est dans ce sens que récemment Debuse et al [9] ont mis en évidence un exercice susceptible de recruter automatiquement le Tra et le LM : Le FRED (Re-adaptative Exercise Device). 

Caplan et al, confirmeront et montreront que ce recrutement musculaire est plus important que lors de la marche classique.
L’objectif de cette étude a été de déterminer les effets immédiats d’un FRED exercice sur la cinématique lombaire et pelvienne dans le plan sagittal chez des sujets avec et sans douleurs lombaires.
 

Méthodes

130 sujets ont été divisés en deux groupes dont un avec douleurs lombaires (n=56) et l’autre sans (n=74).
La cinématique lombaire et pelvienne a été mesuré par un système de capteur de mouvement. Ce système a permis d’enregistrer les différences d’angulation de  flexion/extension à différents niveaux L5/S1, L3/L4, T12/L1 et T8/T9 et au niveau du bassin entre les deux groupes durant le FRED et la marche classique.
Ces estimations d’angles ont été sélectionnées pour donner une indication de la lordose lombaire, de la cyphose dorsale basse et de la bascule dans le plan sagittal du bassin qui sont des marqueurs importants du contrôle moteur de la région lombaire.
Le système d’analyse de mouvement consiste en l’utilisation de 17 capteurs contenant un gyroscope 3d, un accéléromètre, magnétomètre positionnés à différents endroits du corps (bras, avant-bras, épaule, bassin, etc). Premièrement les données cinématiques durant une marche classique ont été collectées puis dans un second telmps, il en a été de même durant le FRED exercice pour chacun des deux groupes. Une étude statistique a ensuite été réalisée afin de comparer les angulations obtenues dans chacune des situations.
 

Résultats

 
Les résultats ont montré que durant le FRED exercice, il y a eu une augmentation des angulations de l’extension  que ce soit chez le lombalgique ou dans le groupe asymptomatique comparativement aux données collectées durant la marche classique.
Au niveau lombaire en L5/S1 on dénote un accroissement estimé à 0.9°+-2.2° durant le FRED exercice que ce soit chez les lombalgiques ou dans le groupe sain. Ce gain diminue progressivement à mesure que l’on remonte les étages vertébraux (0.3+-0.4 en T8/T9).
Au niveau du bassin, l’augmentation est encore plus significative durant le FRED avec une augmentation de 8.7° par rapport aux angles mesurés durant la marche. L’augmentation de la bascule antérieure du bassin mesurée est identique dans les deux groupes. Aucune consigne ou information concernant la position à adopter n’a été donnée aux groupes démontrant que ces effets sont automatiques.

Discussion

Au vu des résultats, le FRED exercice permet un recrutement tonique du Tra et du Mn plus important que durant une activité classique de marche par augmentation des courbures lombo-pelviennes [9]. O’Sullivan et al [36] a montré que pour avoir un recrutement adéquat du multifidus, il faut une augmentation de la courbure lombaire mais pas au-delà de la charnière thoraco-lombaire. En effet si celle-ci se prolonge, Claus et al. [7] ont montré l’effet s’inverse et une diminution du recrutement musculaire adéquat.
Caplan et al. [6] est allé plus loin en montrant même que le FRED exercice permet le recrutement tonique du multifidus alors que la marche engendre un recrutement bi-phasique avec le pic au moment de l’attaque talon et juste après la poussée des orteils.
L’étude ici s’est limitée à l’observation des effets immédiats, il serait intéressant de poursuivre dans cette voie et de quantifier les bénéfices sur plus long terme afin de pouvoir potentiellement intégrer le FRED exercice dans un protocole de réhabilitation chez le lombalgique chronique.
 

Article original

The immediate effects of exercise using the Fonctionnal Re-adaptative Exercise Device on lumbopelvic kinematics with and without low back pain ; Winnard A., Debuse D.,Wilkinson M. et al.
 
Référence

Ament, W., Verkerke, G., 2009. Exercise and fatigue. Sports Med. 39 (5), 389
E 422
Balague, F., Mannion, A.F., Pellise, F., Cedraschi, C., 2012. Non-specific low back pain.
Lancet 379, 482e 491
Batterham, A.M., Hopkins, W.G., 2006. Making meaningful inferences about magnitudes. Int. J. Sports Physiol. Perform. 1, 50 e57.
Beard, D., Cook, J., 2017. Methodology for astronaut reconditioning research. Musculoskelet. Sci. Pract. 27S1, S38 e S41.
Buckey, J.C., 2006. Space Physiology, first ed. Oxford University Press, New York.
Caplan, N., Gibbon, K.C., Hibbs, A., Debuse, D., 2014. Phasic-to-tonic shift in tunk
muscle activity during low-impact weight bearing exercise. Acta Astronaut.104,388e395.
Claus, A.P., Hides, J.A., Moseley, L.G., Hodges, P.W., 2009. Different ways to balance
the spine. Spine 34, 208e214.
Danneels, L.A., 2000. CT imaging of trunk muscles in chronic low back pain patients
and health control subjects. Eur. Spine J. 9, 266e272.
Debuse, D., Birch, O., Gibson, A.S.C., Caplan, N., 2013. Low impact weight-bearing
exercise in an upright posture increases the activation of two key local muscles of the lumbo-pelvic region. Physiother. Theory Pract. 29 (1), 51e60.
Evetts, S., Caplan, N., Debuse, D., Lambrecht, G., Damann, V., Petersen, N., Hides, J.,
2014. Post Space mission lumbo-pelvic neuromuscular reconditioning: a European perspective. Aviat. Space Environ. Med. 85 (7), 764e765
Faber, G.S., Chang,C.C., Kingma,I., Dennerlein,J.T.,van Dieen, J.H.,2016. Estimating 3D
L5/S1 moments and ground reaction forces during trunk bending using a full-
body ambulatory inertial motion capture system. J. Biomech. 49 (6), 904e912.
Ferriera, P.H., Ferreira, M.L., Hodges, P.W., 2004. Changes in recuitment of the
abdominal muscles in people with low back pain. Spine 29 (22), 2560e2566.
Gibbon, K.C., Debuse, D., Caplan, N., 2013. Low impact weight-bearing exercise in an
upright posture achieves greater lumbopelvic stability than overground
walking. J. Bodyw. Mov. Ther. 17, 462e468.
Hides, J., 2013. The relationship between control of the spine and low back pain: a clinical researcher's perspective. In: Spinal Control: the Rehabilitation of Back Pain. Churchill Livingstone, Edinburgh.
Hides, J.A., Belavý, D.L., Stanton, W., Wilson, S.J., Rittweger, J., Felsenberg, D.,
Richardson, C.A., 2007. Magnetic resonance imaging assessment of trunk muscles during prolonged bed rest. Spine 32 (15), 1687e1692.
Hides, J., Gilmore, C., Stanton, W., Bohlscheid, E., 2008a. Multifidus size and symetry among chronic LBP and healthy asymptomatic subjects. Man. Ther. 13,43e49.
Hides, J.A., Lambrecht, G., Richardson, C.A., Stanton, W.R., Armbrecht, G., Pruett, C., Damann, V., Felsenberg, D., Belavý, D.L., 2011. The effects of rehabilitation on the muscles of the trunk following prolonged bed rest. Eur. Spine J. 20, 808e818.
Hides, J., Lambrecht, G., Ramdharry, G., Cusack, R., McKay, C., Bloomberg, J., Stokes, M.,
2017. Parallels between astronauts and terrestrial patient taking physiotherapy rehabilitation“To Infinity and Beyond”. Musculoskelet. Sci. Pract. 27S1,S32eS37.
Hides, J.A., Lambrecht, G., Stanton, W.R., Damann, V., 2016. Changes in multifidus and abdominal muscle size in response to microgravity: possible implications for low back pain research. Eur. Spine J. 25 (Suppl. 1), 175e.
Hides, J.A., Stanton, W.R., McMahon, S., Sims, K., Richardson, C.A, 2008b. Effect of stabilisation training on multifidus muscle cross-sectional area AMong young elite cricketers with low back pain. J. Orthop. Sports Phys. Ther. 38 (3), 101e108.
Hides, J.A., Stanton, W.R., Wilson, S.J., Freke, M., McMahon, S., Sims, K., 2010.
Retraining motor control of abdominal muscles among elite cricketers with low back pain. Scand. J. Med. Sci. sports 20 (6), 8340842.
Hodges, P., Holm, A.K., Hannson, T., Sten, H., 2006. Rapid atophy of the lumbarmultifidus follows experimental disc or nerve root injury. Spine 25, 2926e2988.
Hodges, P.W.l., Richardson, C.A., 1996. Inefficient muscular stabilization of thelumbar spine associated with low back pain: a motor control evaluation oftransversus abdominis. Spine 21 (22), 2640e2650.
Hodges, P., van Dillen, L.R., McGill, S., Brumagne, S., Hides, J.A., Moseley, G.L., 2013.
Integrated clinical approach to motor control interventions in low back pain
and pelvic pain. In: Spinal Control: the Rehabilitation of Back Pain, vol. 310.Elsevier, UK, p. 243.
Hopkins, W.G., Marshall, S.W., Batterham, A.M., Hanin, J., 2008. Progressive statistics
for studies in sports medicine and exercise science. Med. Sci. Sports Exerc. 41
(1), 3e12.
Johnston, S., Campbell, M., Scheuring, R., Feiveson, A., 2010. Risk of hernated nu-cleus pulposus among US astronauts. Aviat. Space Environ. Med. 81 (6), 66e74.
Joseph, K., Kippers, V., Richardson, C., Panianpour, M., 2001. Range of motion and lordosis of the lumbar spine reliability of measurement and normative values.Spine 26, 53e60.
Kent, M., 2006. The Oxford Dictionary of Sports Science &Medicine, third ed. Oxford University Press.
Koning, B.H., van der Krogt, M.M., Baten, C.T., Koopman, B.F., 2015. Driving a musculoskeletal model with inertial and magnetic measurement units. Comput. Methods Biomech. Biomed. Eng. 18 (9), 1003e 1013.
Lambrecht, G., Petersen, N., Weerts, G., Pruett, C., Evetts, S., Stokes, M., Hides, J., 2017. The role of Physiotherapy in the European Space Agency strategy for preparation and reconditioning of astronauts before and after long-duration space flight. Musculoskelet. Sci. Pract. 27S1, S15 e S22.
Lebel, K., Boissy, P., hamel, M., Duval, C., 2013. Inertial measure of motion for clinical
Biomechanics: comparative assessment of accuracy under controlled conditions - effect of velocity. Plos One 8 (11).
Macintosh, J., Valencia, F., Bogduk, N., Munro, R., 1986. The morphology of the human lumbar multifdus. Clin. Biomech. 1 (4), 196e204.
Moseley, L., Hodges, P., Gandevia, S., 2002. Deep and super ficial fibers of the lumbarmultifi dus muscle are differentially active during voluntary arm movements.Spine 27 (2), 29e136.
Musculino, J.E., 2005. The muscular system manual, second ed. Elsevier, St Lewis, Missouri.
NICE, 2009. Low Back Pain. Early Management of Persistent Non-specific Low Bac Pain. NHS NICE website, Last accessed 21st Febuary 2014 at www.nice.org.uk.
O'Sullivan, P.B., 2000. Lumbar segmental“instability”: clinical presentation and specifi
c stabilizing exercise management. Man. Ther. 5 (1), 2e12.
O'Sullivan, P.B., Dankaerts, W., Burnett, A.F., Farrell, G.T., Jefford, E., Naylor, C.S.,
O'Sullivan, K.J., 2006. Effect of different upright sitting postures on spinal pelvic
curvature and trunk muscle activation in a pain-free population. Spine 31 (19),707e712.
Panjabi, M.M., 2006. A hypothesis of chronic back pain: ligament subfailure injuries
lead to muscle control dysfunction. Eur. Spine J. 15, 668e676.
QualityMetric, 2000. SF-36v2 Health Survey.http://www.sf-36.org/(Medical Out-comes Trust).
Roetenberg, D., Luinge, H., Slycke, P., 2013. Xsens MVN: full 6DOF human motiontracking using miniature inertial sensors. Xsens Technol. 1e9.
Roussouly, P., Gollogly, S., Berthonnaud, E., Dimnet, J., 2005. Classfication of the normal variation in the sagittal alignment of the human lumbar spine andpelvis in the standing postition. Spine 30 (3)346e353. Sayson, J., Hargens, A., 2008. Pathophysiology of low back pain during exposure to
microgravity. Aviat. Space Environ. Med. 79, 365e373.
Snijders, C.J., Richardson, C.A., Hides, J.A., Pool-Doudzwaard, A.L., Belavy, D.L., 2011.
Low Back Pain during Flight - 1 Year Post-Flight Science Report. European Space
Agency Report. ESA Proposal number 2003-DSM-MUS-100.
Stokes, M., Evetts, S., Hides, J., 2017. Terrestrial neuro-muscular rehabilitation and
astronaut reconditioning: reciprocal knowledge transfer, Musculoskelet. Sci.
Pract. 27S1, S1eS4.
Van, K., Hides, J., Richardson, C., 2006. The use of real-time ultrasound imaging biofeedback lumbar multifidus muscle contraction in healthy subjects.J. Orthop. sports Phys. therpay 36 (12), 920e925.
Verbunt, J.A., Smeets, R.J., Wittink, H.M., 2010. Cause of effect? Deconditioning and
chronic low back pain. Pain 149, 428e430.
Winnard, A., Nasser, M., Debuse, D., Stokes, M., Evetts, S., Wilkinson, M., Hides, J.,
Caplan, N., 2017. Systematic Review of countermeasures to minimise physio- logical changes and risk of injury to the lumbopelvic area following long-term microgravity. Musculoskelet. Sci. Pract. 27S1 ,S5eS14. XSens, 2012. MVN User Manual. XSens, Enschede, NL