SYNDROME FEMORO-PATELLAIRE : QUEL RENFORCEMENT MUSCULAIRE DU QUADRICEPS ?

Le renforcement du quadriceps est un élément commun du programme de réadaptation pour les personnes souffrant de douleurs fémoro-patellaires (DFP) comprenant généralement des exercices avec et sans mise en charge. 

Ces deux formes de travail ont leurs avantages dans le renforcement du quadriceps. Les exercices en charge sont plus spécifiques et naturelles, incorporant des muscles agonistes et antagonistes. En revanche les exercices en chaîne ouverte d’extension du genou nécessitent moins de co-contractions des muscles antagonistes permettant une meilleure isolation du quadriceps. 

Lors de la conception d’un programme de renforcement des quadriceps pour les personnes atteintes de DFP, il est important de choisir des exercices qui favorisent l’adaptation et la mise en charge musculaire ainsi que des exercices minimisant les douleurs et les contraintes fémoro-patellaire (FP). 

 

Steainkamp et col [2] ont d’abord décrit l’influence de la mise en charge sur les contraintes FP. Ces auteurs ont rapporté un contraste entre les exercices en chaîne cinétique ouverte et fermée lors des mouvements de 0° à 90° de flexion du genou. Au cours d’un mouvement de leg press, les contraintes FP ont augmenté linéairement de 0° à 90° de flexion. Au cours des exercices de leg extension, les elles étaient les plus importantes à 0°, diminuant avec la flexion du genou. 

Les résultats de Steinkamp et col. ont été contestés par Escamilla et col. [3], qui ont quantifié les forces de réaction durant des exercices similaires (squat et leg extension). Ces auteurs ont rapportés que la force de réaction FP durant ces deux exercices a augmenté lors de la flexion du genou de 0° à 60°. Au-delà de 60°, les courbes divergeaient. La force de réaction lors de l’exercice en charge a continué d’augmenter avec l’augmentation de la flexion du genou tandis qu’elle a diminué pour le leg extension. A 90° de flexion du genou, l’exercice type « leg extension » présentait une plus grande force de réaction sur les DFP qu’à 0°. Dans cette étude les contraintes FP n’ont pas été mesurées mais les auteurs proposent des courbes des contraintes de l’articulation FP similaires aux courbes de la force de réaction. 

 

Les différences retrouvées peuvent s’expliquer par les différents types d’exercices utilisés pour le leg extension. Steinkamp et col. ont utilisé pour le mouvement d’extension du genou un poids appliqué à la cheville. La résistance n’était pas appliquée perpendiculairement au tibia sur toute l’amplitude du mouvement. L’augmentation du moment de force se traduirait par une augmentation de la force du quadriceps et des forces de réaction sur l’articulation fémoro-patellaire. 

Escamilla et col. ont évalué le mouvement d’extension du genou avec une résistance perpendiculaire au tibia. Il en résulte que le bras de levier reste constant sur toute l’amplitude du mouvement d’extension du genou. Dans ce cas, la force du quadriceps et la force de réaction seraient relativement constants au cours de l’exercice.

Compte tenu des divergences retrouvées dans la littérature, l’objectif de l’étude présentée aujourd’hui est de déterminer l’influence du type de mise en charge sur les contraintes fémoro-patellaire. Pour répondre à cette question, les auteurs ont examiné un exercice en charge (squat) et deux exercices type leg extension, un avec résistance variable (EXT-VR),  similaire à celui de Steinkamp  et col. et l’autre avec résistance constante (EXT-CR) semblable à celui d’Escamilla et col. afin de déterminer les meilleures méthodes de renforcement du quadriceps permettant de minimiser  les DFP durant la rééducation. 

 

METHODES
 

Les participants

Dix personnes (5 hommes, 5 femmes) en bonne santé, sans douleur, entre 24 et 40 ans ont participé à cette étude. Les participants étaient physiquement actifs et ont été recrutés au sein d’une population étudiante de troisième cycle à l’Université de Californie du Sud. 3 critères d’exclusion ont été retenus : (1) Antécédents de pathologie ou d’un traumatisme au genou, (2) Douleur spontanée au genou ou présence d’épanchement, (3) Douleur au genou durant des activités de la vie quotidienne ou sportives. 
 

Procédures

Les sujets ont participé à deux séances d’essais. Le but de la première session était d’établir la résistance pour chaque exercice. La deuxième session était composée de tests biomécaniques pour chaque exercice. Seul le membre dominant a été évalué.
 

La détermination de la résistance pour chaque exercice permet une comparaison valide des contraintes FP entre les 3 exercices utilisés. L’utilisation d’un poids pour les 2 exercices de Leg Extension a permis d’obtenir un effort similaire du quadriceps à celui demandé lors du Squat. Afin de déterminer cette résistance optimale, chaque participant a subi une EMG du vaste latéral lors de l’exécution de chaque exercice. Le niveau d’activation du vaste latéral a été établi pour le squat (écart des pieds de la largeur des épaules, flexion des genoux à 90°). Les participants effectuaient le squat en fléchissant les hanches et les genoux jusqu’à ce que la face postérieure de la cuisse rentre en contact avec un tabouret réglé à la bonne hauteur. La vitesse du mouvement a été contrôlée par un métronome de telle sorte que la vitesse angulaire du genou soit d’environ 30°/s. Trois essais ont été effectués pour le squat. L’activité EMG a été mesurée pour chaque essai durant la phase concentrique du cycle.
 

Les charges externes pour les exercices EXT-VR et EXT-CR ont ensuite été déterminées par comparaison de l’activité EMG du vaste latéral avec l’activité EMG du squat. L’exercice EXT-VR a été effectué avec chaque participant assis sur une chaise avec un poids à la cheville solidaire à l’extrémité distale du tibia. L’exercice EXT-CR a été réalisé sur dynanomètre isocinétique (Kin-Com) permettant de réaliser une contraction avec un moment de force constant par l’intermédiaire d’un bras de levier fixe sur toute l’amplitude du mouvement. Le dynanomètre est réglé sur le mode isotonique ce qui permet un ajustement de la résistance si nécessaire. 

Pour ces deux exercices, les participants ont effectué 3 essais de 90° à 0° de flexion du genou. Comme pour le squat, la vitesse angulaire du genou a été contrôlée par un métronome (30°/s). L’activité EMG du vaste latérale a été calculée durant la phase concentrique du mouvement et la résistance ajustée si  l’activité EMG ne correspondait pas à 95%-105% de la valeur établie au cours du squat. 3 essais supplémentaires ont été collectés. Ce processus a été répété jusqu’à ce que le seuil de différence de ± 5% soit atteint. En moyenne, les 3 essais ont été répétés 5 fois pour atteindre ce seuil. Par cette procédure, la résistance moyenne était de 4,4 ± 3,5 kg pour l’exercice EXT-VR et 4,1 ± 2,2 kg pour l’exercice EXT-CR. 
 

Suite à cela, les tests biomécaniques pour les 3 exercices ont commencé. L’objectif de ces tests était de calculer le moment de force des extenseurs du genou pour chaque exercice, variable clef pour estimer les contraintes fémoro-patellaires. 

En raison de la co-contraction, la véritable force du quadriceps est sous-estimée. Pour tenir compte de l’influence de la co-contraction, une estimation du moment de force de flexion du genou a été obtenue. 

Des marqueurs ont été placés sur les sujets pour l’analyse cinématique du mouvement du squat. Les forces de réaction au sol ont été mesurées avec deux plates-formes de force. Les signaux EMG ont été obtenus à partir des ischio-jambiers (une électrode médiale et une latérale) et sur les gastrocnémiens (chef médial et latéral). Une fois les 3 essais du squat accomplis, les marqueurs ont été enlevés pour réaliser les essais pour les exercices EXT-VR et EXT-CR avec la résistance précédemment établie. Un repos suffisant de 10 mn a été prévu entre les exercices pour minimiser la fatigue.

 

Modèle biomécanique d’estimation des contraintes FP



 

 

Les résultats des contraintes FP pour les différents exercices sont présentés dans la figure et le tableau ci-contre. 

Les résultats de l’analyse de variance ont révélé une interaction significative entre exercice et angle de flexion du genou. Les contraintes FP différaient entre les trois exercices à 0°, 15°, 30°, 60°, 75° et 90° de flexion du genou. Aucune différence significative de contrainte FP n’a été détectée entre les exercices à 45° de flexion du genou. 

 

A 0°, 15° et 30° de flexion du genou, la contrainte FP moyenne pour l’EXT-VR et l’EXT-CR était significativement supérieure au squat. 
 

Aucune différence n’a été retrouvée entre l’EXT-VR et l’EXT-CR à 0°, 15° et 30° de flexion du genou. 
 

A 60° de flexion du genou, la contrainte moyenne pour l’EXT-CR et le squat était supérieure à celle de l’EXT-VR. Aucune différence n’a été trouvée entre l’EXT-CR et le squat à 60° de flexion du genou. 
 

A 75° et 90°, la contrainte moyenne pour le squat était supérieure à celle de l’EXT-CR et de l’EXT-VR. Enfin la contrainte moyenne pour l’EXT-CR était significativement plus grande que pour l’EXT-VR à 75° et 90°. 

 

DISCUSSION
 

Les résultats de cette étude ont révélé que les contraintes FP carient considérablement selon les exercices proposés. Généralement, la contrainte au cours du squat était supérieure à 90° de flexion, diminuant progressivement avec l’extension du genou. En revanche, la contrainte au cours de l’EXT-VR est la plus faible à 90° de flexion du genou, augmentant avec l’extension du genou, la valeur maximale étant retrouvée à 0°. La contrainte FP pendant l’EXT-CR a été relativement constante tout au long de du mouvement, avec un pic à 0°.

Les profils de contraintes FP retrouvées pour l’EXT-VR et le squat sont en accords avec les conclusions de Steinkamp et col. Dans leur étude, Steinkamp et col. ont rapporté que les contraintes FP durant un exercice en charge était plus grande que celles retrouvées lors des exercices en chaîne ouverte pour une angulation supérieure à 45° de flexion du genou. Ces auteurs ont rapporté que la contrainte FP durant un exercice en chaîne ouverte est supérieure à celle de l’exercice en charge pour des angles inférieurs à 45°. Les données de l’étude présentée aujourd’hui montrent que les profils pour le squat et lors de l’EXT-VR divergent également à 45°.

Malgré ces similitudes dans les profils des contraintes entre cette étude et les données de Steinkamp, les valeurs retrouvées varient considérablement. Les variations peuvent s’expliquer par le fait que les charges externes utilisées étaient supérieure pour l’étude de Steinkamp.

 

CONCLUSION
 

Ces résultats permettent de donner des indications pour le renforcement musculaire du quadriceps chez des personnes présentant un SFP. Pour avoir des contraintes minimales, les données suggèrent que l’exercice de squat doit être réalisé dans des amplitudes comprises entre 0° et 45° de flexion du genou et les exercices type EXT-VR à des amplitudes comprises entre 45° et 90°. Les exercices type EXT-CR génèrent un niveau de contrainte comparable à la montée d’escaliers et doivent être utilisés avec précaution. 
 

De nouvelles études seront nécessaires afin d’évaluer la phase concentrique de chaque exercice et de comparer les contraintes retrouvées à celles de phase excentrique. Par ailleurs l’étude a été effectuée chez des participants sains. Des études complémentaires seront nécessaires pour pouvoir généraliser les résultats aux patients présentant un SFP. Bien que les zones de contact soient plus petites chez les patients atteints de SFP entraînant de plus grandes contraintes, il est probable selon les auteurs, que l’on retrouve les mêmes tendances sur ces exercices. 

 

CONSEILS PRATIQUES [4]
 

Limiter l’amplitude articulaire durant les exercices de renforcement musculaire peut aider à diminuer les contraintes subies par l’articulation fémoro-patellaire. Lors de la mise en place d’un nouveau programme pour les douleurs aux genoux, le kinésithérapeute peut débuter par des « ¼ de squat » (0° - 45°). Lors de la réalisation de « Leg Extension » pour le renforcement du quadriceps, la position de départ du patient se fera en postion assise et la jambe devra se lever jusqu’à la mi-course (90° - 45°). Restreindre l’amplitude articulaire lors de ces exercices pourra aider à  minimiser les douleurs lors de la réalisation de ceux-ci. Avec un quadriceps renforcé et des douleurs diminuées, le thérapeute pourra ainsi augmenter l’amplitude articulaire tolérée. 

 

Par Erwann Le Corre


BIBLIOGRAPHIE
 

1. Powers, Ho, Chen, Souza, Farrokhi. Patellofemoral Joint Stress During  Weight-Bearing and Non–Weight-Bearing  Quadriceps Exercises. Orthop Sports Phys Ther 2014;44(5):320-327. May 2014 : doi:10.2519/jospt.2014.4936 

2. Steinkamp LA, Dillingham MF, Markel MD, Hill JA, Kaufman KR. Biomechanical considerations in patellofemoral joint rehabilitation. Am J Sports Med. 1993;21:438-444.

3. Escamilla RF, Fleisig GS, Zheng N, Barrentine SW, Wilk KE, Andrews JR. Biomechanics of the knee during closed kinetic chain and open kinetic chain exercises. Med Sci Sports Exerc. 1998;30:556-569.

4. JOSPT Perspectives for patients :  This Perspectives article was written by a team of JOSPT’s editorial board and staff, with Deydre S. Teyhen, PT, PhD, Editor, and Jeanne Robertson, Illustrator.