Influence des impacts répétés au niveau de la tête lors de la pratique sportive sur la survenue de la commotion

INTRODUCTION

Comparaison des expositions aux impacts au niveau de la tête entre des footballeurs ayant subis des commotions et des sujets contrôles : preuve pour une deuxième mécanisme potentiel des commotions liées à la pratique sportive.

Les commotions liées à la pratique du sport (SRC) est connue pour causer des changements importants dans les fonctions cérébrales entrainant un éventails de symptômes post-commotions et des déficiences fonctionnelles. La question de l’effet de commotions répétitives se pose de plus en plus dans la mesure où elles pourraient inclure des symptômes neuropsychiatriques persistants, des dysfonctions cognitives et des pathologies liées à la neurodégénérescence. Les mesures biomécanique de la commotions isolées sont généralement réalisée à l’aide du Heat Impact Telemetry System (HIT). Ces mesures sont généralement le reflets d’un épisode de commotions isolé, or aujourd’hui on se pose la questions des conséquences que pourraient avoir des commotions successives d’intensité plus faible. Ces commotions d’intensité plus limitée pourrait augmenter la susceptibilité à la commotions ou éventuellement entrainer les changements structurels, cognitifs ou neuropsychiatrique retrouvé lors des commotions classiques.

OBJECTIF

Cette étude a été réalisée dans le but d'analyser le rôle possible d'une exposition répétée à des impacts au niveau de la tête dans l'apparition biomécanique d'une commotion cérébrale chez des joueurs de football de niveau universitaire.

METHODE

L’exposition aux chocs à la tête chez les athlètes ayant subi une commotion a été comparée à des sujets contrôles jouant à la même position et à ceux de leur équipe, afin de permettre une comparaison directe entre les athlètes participant à des activités d’entraînement similaires sur la même période. Chaque athlète était équipé du Head Impact Telemetry (HIT) basé sur un casque qui mesure les accélérations linéaires de la tête à l’aide de six accéléromètres à l’intérieur du casque de football et calcule les accélérations linéaires et rotatives résultantes ainsi que les composantes maximales. La RWE (la mesure d’exposition pondérée en fonction du risque) a ensuite été calculé comme étant la somme du risque associé à tous les impacts à la tête sur la période donnée (c'est-à-dire le jour de la blessure ou la saison jusqu'à la date de la blessure). La sélection des athlètes contrôles était centrée sur l’identification d’athlètes non commotionnés qui étaient exposés aux mêmes conditions d’entraînement et aux mêmes conditions de jeu que les athlètes avec commotion, reconnaissant que la hiérarchie positionnelle (c’est-à-dire, les partants contre les remplaçants) n’était pas activement suivie ni mise à jour par l’étude.

RESULTATS

Cinq cent onze (511) athlètes de football à niveau universitaire ont été autorisés et inscrits. Les impacts sur la tête ont été enregistrés à l'aide du système HIT pour toutes les activités de football de 2015, 2016 et 2017. Un total de 424 059 impacts à la tête ont été enregistrés sur 484 dates uniques et 34 267 expositions d'athlètes. (Fig. 1). Cinquante athlètes ont subi une commotion cérébrale en portant le système HIT. Neuf commotions ont eu lieu au cours de l’année civile 2015, 17 commotions au cours de l’année 2016 et 24 commotions au cours de l’année civile 2017. Fait intéressant, la majorité des commotions cérébrales ont eu lieu au début de la saison. Les commotions ont été subies par des athlètes dans toutes les catégories de postes de joueurs principaux. Les quarterbacks (n = 2) ont été les moins affectés. Aucun butteur inscrit n'a subi de commotion cérébrale.

DISCUSSION

La présente analyse a identifié le rôle de l’exposition répétée aux chocs à la tête en tant que modérateur de blessures par commotion chez certains athlètes de football de niveau universitaire. Dans l’ensemble, 72% des athlètes ayant subi une commotion lors de cette étude présentaient des signes d’exposition élevée à la tête, à la date de la blessure et pour toute la saison jusqu’à la date de la blessure par rapport à leurs contrôles d’équipe et de position. L'exposition pondérée en fonction du risque est particulièrement intéressante car il s'agit d'une évaluation du nombre et de la gravité des impacts sur la tête au cours de la période donnée. Dix athlètes (22%) présentaient le RWE le plus élevé par rapport à leur groupe témoin, à la date de la blessure et pour la saison jusqu'à la blessure comprise. Cependant, dans le cas des saisons longues, chaque joueur ayant le RWE le plus élevé par rapport à leur groupe contrôle (mis à part deux exceptions (13 et 15)), était également le joueur qui avait subi le plus grand nombre de commotions au cours de la période d'analyse. Les résultats de cette étude ont montré une cohérence dans la gravité de l'exposition répétée aux impacts à la tête entre athlètes et contrôles blessés.
Ces résultats confirment la tendance croissante aux politiques visant à limiter l'exposition à la tête lors de la pratique du football, y compris pendant les entrainements.

CONCLUSION

Cette étude a mis en évidence des différences dans l’exposition répétées à des commotions entre des athlètes ayant subi les commotions et des athlètes contrôles. L’objectif d’associer les athlètes commotionnés à des contrôles était d’évaluer les opportunités d’expositions pour les mêmes matchs ou les mêmes routines d’entrainement sur les mêmes journées. Presque les ¾ des athlètes ayant subi des commotions (72%) avait subi le premier ou le deuxième impact le plus sévère par rapport à leur groupe contrôle. Cinquante-trois pourcent des athlètes ayant subi des commotions avait un RWE, le jour de la blessure, plus important que le 75ème percentile pour la population non blessée (454). Par conséquent, cette analyse unique a fourni certaines preuves du rôle de l'exposition répétée à l'impact sur la tête lors du déclenchement de la commotion cérébrale chez une cohorte de joueur de football. Bien que ces tendances nécessitent une validation supplémentaire, leurs conséquences cliniques confortent la tendance actuelle de limiter l'exposition des athlètes de football à l'impact de la tête pendant les activités d'entraînement.

Article original

Comparison of head impact exposure between concussed football athletes and matched controls: evidence for a possible second mechanism of sport-related concussion, Brian D Stemper et Al. Annals of biomedical engineering, 2018

Références

1.Baugh, C. M., P. T. Kiernan, E. Kroshus, et al. Frequency of head-impact-related outcomes by position in NCAA Division I collegiate football players. J. Neurotrauma. 32(5):314–326, 2015.
2.Bazarian, J. J., T. Zhu, J. Zhong, et al. Persistent, long- term cerebral white matter changes after sports-related repetitive head impacts. PLoS ONE 9(4):e94734, 2014.
3.Beckwith, J. G., R. M. Greenwald, and J. J. Chu. Mea- suring head kinematics in football: correlation between the head impact telemetry system and hybrid III headform. Ann. Biomed. Eng. 40(1):237–248, 2012.
4.Beckwith, J. G., R. M. Greenwald, J. J. Chu, et al. Head impact exposure sustained by football players on days of diagnosed concussion. Med. Sci. Sports Exerc. 45(4):737–5746, 2013.
5.Beckwith, J. G., R. M. Greenwald, J. J. Chu, et al. Timing of concussion diagnosis is related to head impact exposure prior to injury. Med. Sci. Sports Exerc. 45(4):747–754, 2013.
6.Belson, K. Ivy league moves to eliminate tackling at football practices. New York Times. https://www.nytimes.com/2016/ 03/02/sports/ncaafootball/ivy-league-moves-to-eliminate-tac kling-at-practices.html?_r=0. Accessed 1 Mar 2016.
7.Breedlove, K. M., E. L. Breedlove, M. Robinson, et al. Detecting neurocognitive and neurophysiological changes as a result of subconcussive blows in high school football
8.athletes. Athl. Train. Sports Health Care 6:119–127, 2014. Breedlove, E. L., M. Robinson, T. M. Talavage, et al. Biomechanical correlates of symptomatic and asymp- tomatic neurophysiological impairment in high school football. J. Biomech. 45(7):1265–1272, 2012.
9.Broglio, S. P., J. T. Eckner, D. Martini, J. J. Sosnoff, J. S. Kutcher, and C. Randolph. Cumulative head impact bur- den in high school football. J. Neurotrauma 28(10):2069– 2078, 2011.
10.Broglio, S. P., A. Lapointe, K. L. O’Connor, and M. McCrea. Head impact density: a model to explain the elusive concussion threshold. J. Neurotrauma 34(19):2675–112683, 2017.
11.Broglio, S. P., D. Martini, L. Kasper, J. T. Eckner, and J. S. Kutcher. Estimation of head impact exposure in high school football: implications for regulating contact prac- tices. Am. J. Sports Med. 41(12):2877–2884, 2013.
12.Broglio, S. P., M. McCrea, T. McAllister, et al. A national study on the effects of concussion in collegiate athletes and US military service academy members: the NCAA-DOD concussion assessment, research and education (care) con- sortium structure and methods. Sports Med. 47(7):1437– 1451, 2017.
13.Broglio, S. P., B. Schnebel, J. J. Sosnoff, et al. Biome- chanical properties of concussions in high school football. Med. Sci. Sports Exerc. 42(11):2064–2071, 2010.
14.Carney, N., J. Ghajar, A. Jagoda, et al. Concussion guidelines step 1: systematic review of prevalent indicators. Neurosurgery 75(Suppl 1):S3–S15, 2014.
15.Crisco, J. J., R. Fiore, J. G. Beckwith, et al. Frequency and location of head impact exposures in individual collegiate football players. J. Athl. Train. 45(6):549–559, 2010.
16.Davenport, E. M., C. T. Whitlow, J. E. Urban, et al. Abnormal white matter integrity related to head impact exposure in a season of high school varsity football. J. Neurotrauma 31(19):1617–1624, 2014.
17.Duhaime, A. C., J. G. Beckwith, A. C. Maerlender, et al. Spectrum of acute clinical characteristics of diagnosed concussions in college athletes wearing instrumented hel- mets: clinical article. J. Neurosurg. 117(6):1092–1099, 2012.
18.Duma, S. M., S. J. Manoogian, W. R. Bussone, et al. Analysis of real-time head accelerations in collegiate foot- ball players. Clin. J. Sport Med. 15(1):3–8, 2005.
19.Funk, J. R., S. Rowson, R. W. Daniel, and S. M. Duma. Validation of concussion risk curves for collegiate football players derived from hits data. Ann. Biomed. Eng. 40(1):79– 89, 2012.
20.Gennarelli, T. A., Thibault, L. E., Tomei, G., Wiser, R., Graham, D. I., Adams, J. H. Directional dependence of axonal brain injury due to centroidal and non-centroidal acceleration. In: 31st Stapp Car Crash Conference. New Orleans, LA1987, pp. 49–53. 21.Giza, C. C., and D. A. Hovda. The new neurometabolic cascade of concussion. Neurosurgery 75(Suppl 4):S24–S33, 2014.
22.Greenwald, R. M., J. T. Gwin, J. J. Chu, and J. J. Crisco. Head impact severity measures for evaluating mild trau- matic brain injury risk exposure. Neurosurgery. 62(4):789– 798, 2008; (discussion 98).
23.Guskiewicz, K. M., S. W. Marshall, J. Bailes, et al. Asso- ciation between Recurrent Concussion and Late-Life Cognitive Impairment in Retired Professional Football Players. Neurosurgery. 57(4):719–726, 2005; (discussion- 26).
24.Guskiewicz, K. M., M. McCrea, S. W. Marshall, et al. Cumulative effects associated with recurrent concussion in collegiate football players: the NCAA concussion study. JAMA 290(19):2549–2555, 2003.
25.Guskiewicz, K. M., J. P. Mihalik, V. Shankar, et al. Measurement of head impacts in collegiate football players: relationship between head impact biomechanics and acute clinical outcome after concussion. Neurosurgery. 61(6):1244–1252, 2007; (discussion 52-3).
26.Gysland, S. M., J. P. Mihalik, J. K. Register-Mihalik, S. C. Trulock, E. W. Shields, and K. M. Guskiewicz. The rela- tionship between subconcussive impacts and concussion history on clinical measures of neurologic function in col- legiate football players. Ann. Biomed. Eng. 40(1):14–22, 2012.
27.Holbourn, A. H. S. Mechanics of head injuries. Lancet 2:438–441, 1943.
28.Jadischke, R., D. C. Viano, N. Dau, A. I. King, and J. McCarthy. On the accuracy of the head impact telemetry (hit) system used in football helmets. J. Biomech. 46(13):2310–2315, 2013.
29.Kleiven, S. Influence of impact direction on the human head in prediction of subdural hematoma. J. Neurotrauma 20(4):365–379, 2003.
30.Koerte, I. K., B. Ertl-Wagner, M. Reiser, R. Zafonte, and M. E. Shenton. White matter integrity in the brains of professional soccer players without a symptomatic con- cussion. JAMA 308(18):1859–1861, 2012.
31.Laurer, H. L., F. M. Bareyre, V. M. Lee, et al. Mild head injury increasing the brain’s vulnerability to a second concussive impact. J. Neurosurg. 95(5):859–870, 2001.
32.Margulies, S. S., and L. E. Thibault. A proposed tolerance criterion for diffuse axonal injury in man. J. Biomech. 25(8):917–923, 1992.
33.Martini, D., J. Eckner, J. Kutcher, and S. P. Broglio. Subconcussive head impact biomechanics: comparing dif- fering offensive schemes. Med. Sci. Sports Exerc. 45(4):755–761, 2013.
34.McAllister, T. W., L. A. Flashman, A. Maerlender, et al. Cognitive effects of one season of head impacts in a cohort of collegiate contact sport athletes. Neurology 78(22):1777– 1784, 2012.
35.McAllister, T. W., J. C. Ford, L. A. Flashman, et al. Effect of head impacts on diffusivity measures in a cohort of collegiate contact sport athletes. Neurology 82(1):63–69, 2014.
36.McAllister, T. W., J. C. Ford, S. Ji, et al. Maximum prin- cipal strain and strain rate associated with concussion diagnosis correlates with changes in corpus callosum white matter indices. Ann. Biomed. Eng. 40(1):127–140, 2012.
37.McKee, A. C., R. A. Stern, C. J. Nowinski, et al. The spectrum of disease in chronic traumatic encephalopathy. Brain 136(Pt 1):43–64, 2013.
38.Miller, J. R., G. J. Adamson, M. M. Pink, and J. C. Sweet. Comparison of preseason, midseason, and postseason neurocognitive scores in uninjured collegiate football players. Am. J. Sports Med. 35(8):1284–1288, 2007.
39.Ommaya, A. K., P. Corrao, and F. S. Letcher. Head injury in the Chimpanzee. 1. Biodynamics of traumatic uncon- sciousness. J. Neurosurg. 39(2):152–166, 1973.
40.Ommaya, A. K., and T. A. Gennarelli. Cerebral concussion and traumatic unconsciousness. Correlation of experimen- tal and clinical observations of blunt head injuries. Brain 97(4):633–654, 1974.
41.Ommaya, A. K., and A. E. Hirsch. Tolerances for cerebral concussion from head impact and whiplash in primates. J. Biomech. 4(1):13–21, 1971.
42.Ommaya, A. K., S. D. Rockoff, and M. Baldwin. Experi- mental concussion; a first report. J. Neurosurg. 21:249–265, 1964.
43.Pellman, E. J., D. C. Viano, A. M. Tucker, and I. R. Casson. Committee on mild traumatic brain injury NFL. Concussion in professional football: location and direction of helmet impacts-part 2. Neurosurgery 53(6):1328–1340, 2003; (discussion 40-1).
44.Rowson, S., J. G. Beckwith, J. J. Chu, D. S. Leonard, R. M. Greenwald, and S. M. Duma. A six degree of freedom head acceleration measurement device for use in football. J. Appl. Biomech. 27(1):8–14, 2011.
45.Rowson, S., and S. M. Duma. Brain injury prediction: assessing the combined probability of concussion using linear and rotational head acceleration. Ann. Biomed. Eng. 41.(5):873–882, 2013.
46.Rowson, S., S. M. Duma, J. G. Beckwith, et al. Rota- tional head kinematics in football impacts: an injury risk function for concussion. Ann. Biomed. Eng. 40(1):1–13, 2012.
47.Rowson, S., S. M. Duma, B. D. Stemper, et al. Correlation of concussion symptom profile with head impact biome- chanics: a case for individual-specific injury tolerance. J. Neurotrauma. 35(4):681–690, 2018.
48.Siegmund, G. P., K. M. Guskiewicz, S. W. Marshall, A. L. DeMarco, and S. J. Bonin. Laboratory validation of two wearable sensor systems for measuring head impact sever- ity in football players. Ann. Biomed. Eng. 44(4):1257–1274, 2016.
49.Stemper, B. D., and F. A. Pintar. Biomechanics of con- cussion. Prog. Neurol. Surg. 28:14–27, 2014.
50.Swartz, E. E., S. P. Broglio, S. B. Cook, et al. Early results of a helmetless-tackling intervention to decrease head im- pacts in football players. J. Athl. Train. 50(12):1219–1222, 2015.
51.Talavage, T. M., E. A. Nauman, E. L. Breedlove, et al. Functionally-detected cognitive impairment in high school football players without clinically-diagnosed concussion. J. Neurotrauma 31(4):327–338, 2014.
52.Urban, J. E., E. M. Davenport, A. J. Golman, et al. Head impact exposure in youth football: high school ages 14 to 18 years and cumulative impact analysis. Ann. Biomed. Eng. 41(12):2474–2487, 2013.
53.Waljas, M., G. L. Iverson, R. T. Lange, et al. A prospective biopsychosocial study of the persistent post-concussion symptoms following mild traumatic brain injury. J. Neu- rotrauma 32(8):534–547, 2015.
54.Zuckerman, S. L., Z. Y. Kerr, A. Yengo-Kahn, E. Wasserman, T. Covassin, and G. S. Solomon. Epidemiol- ogy of sports-related concussion in NCAA athletes from 2009–2010 to 2013–2014: incidence, recurrence, and mechanisms. Am. J. Sports Med. 43(11):2654–2662, 2015.