Compliance de la composante élastique série in vivo : contribution musculaire, tendineuse et aponévrotique et plasticité à la variation de la demande fonctionnelle

par Stevy Farcy

Thèse de doctorat en Pathologie et recherche clinique

Sous la direction de Pierre Portero et de Giuseppe Rabita.

Soutenue le 17-12-2015

à Paris Est , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2015-....) , en partenariat avec Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil) (laboratoire) et de Institut Mondor de Recherche Biomédicale / IMRB (laboratoire) .

Le président du jury était Bruno Eymard.

Le jury était composé de Antoine Nordez.

Les rapporteurs étaient Georges Dalleau, Franck Quaine.


  • Résumé

    Le complexe muscle-tendon est constitué d’une composante élastique série fondamentale à son fonctionnement. Cette composante élastique série est composée d’une fraction active située au sein du sarcomère et d’une fraction passive formée par les tissus tendineux (tendon et aponévrose). Elle a un rôle majeur pour optimiser le mouvement en améliorant le rendement énergétique du muscle et le travail produit.La mise au point d’une nouvelle méthode couplant une technique de détente rapide (Quick release) et un échographe haute fréquence a permis de quantifier les contributions de compliance des structures élastiques séries (tendon, aponévrose et fascicules musculaires) à la compliance globale du complexe muscle-tendon en condition active lors d’un test de détente rapide. Les résultats de la première étude montrent que le tendon a une contribution de compliance majoritaire (environ 72 %) tandis que les fascicules musculaires et l’aponévrose contribuent respectivement à 18 % et 10 %. Le tendon confirme donc son rôle capital dans la compliance de la composante élastique série en condition active. De plus, les contributions constantes du tendon, des fascicules musculaires et de l’aponévrose observées aux différents niveaux de couple pourraient aider à simplifier le mécanisme de régulation de la compliance et à maintenir le rôle majeur du tendon dans l’efficience du mouvement.Cette nouvelle méthode a permis d’étudier les adaptations mécaniques de la composante élastique série à la variation de la demande fonctionnelle, notamment en quantifiant les modifications des contributions relatives de compliance des structures élastiques séries chez des escrimeurs élites dans la deuxième étude puis chez des sujets spastiques dans la troisième étude. Concernant les escrimeurs élite, les résultats montrent que les contributions de compliance des structures élastiques de la jambe dominante du groupe d’escrimeurs sont significativement différentes à celles correspondant à la jambe du groupe contrôle, avec notamment une part plus importante de contribution pour l’aponévrose (21,1 vs 15,9 %) et une part minorée pour les fascicules (9,5 vs 13,8 %) concernant la jambe dominante des escrimeurs. En revanche, la contribution du tendon (environ 70 %) est identique pour les deux jambes. Ces modifications tendent à majorer le rôle des tissus tendineux (tendon et aponévrose) et à minorer le rôle des fascicules musculaires ce qui permettrait une utilisation supérieure des structures élastiques tendineuses pour un meilleur rendement énergétique et une performance accrue. Il est possible que l'aponévrose soit un système complémentaire à l’adaptation du complexe muscle-tendon en cas d'hyperactivité.La troisième étude est devenue une étude de cas en raison de la difficulté à tester les patients spastiques sur le Quick release. Elle s’est portée sur un patient spastique dont l’atteinte motrice était plus faible que les autres et a montré des contributions relatives de compliance du tendon (75,3 %) et de l’aponévrose (15,2 %) supérieures à celle des fascicules (9,5 %) Ce résultat s’expliquerait par une augmentation de la raideur du muscle et une diminution de la raideur des tissus tendineux observées classiquement dans les études menées sur des sujets spastiques.

  • Titre traduit

    In vivo compliance of serie elestic componant : muscle, tendon and aponeurosis contribution and plasticity to variation of the functional demand


  • Résumé

    The muscle-tendon complex contains a serie elastic component which is fundamental to its functioning. This serie elastic component is composed of an active part located within the sarcomere and a passive part located in the tendon and aponeurosis. It has a major role to optimize the movement by improving the muscle energetic efficiency and the produced work.A new method coupling a quick release ergometer and a high frequency ultrasound device was used to quantify the compliance contributions of the series elastic structures (tendon, aponeurosis and muscle fascicles) to the global compliance of the muscle-tendon complex in active conditions. The results of the first study showed that the tendon has a major compliance contribution (about 72%) while the muscle fascicles and aponeurosis contributions are 18% and 10%, respectively. The tendon confirms its key role in the compliance of the serie elastic component in active condition. In addition, the constant contributions of tendon, muscle fascicles and aponeurosis observed at various levels of torque may help simplify the regulation mechanism of compliance and maintain the major role of the tendon in the efficiency of the movement.This new method was also used to study the mechanical adaptations of the serie elastic component to variation of the functional demand. The changes in the relative compliance contributions of series elastic structures were quantified in elite fencers in the second study and in spastic subjects in the third study. Regarding the elite fencers, the results showed that the compliance contributions of the elastic structures in the dominant leg of fencers group were significantly different to those corresponding to the leg of the control group. The aponeurosis compliance contribution was higher for the dominant leg of the fencers groupe (21.1 vs 15.9%) while the muscle fascicles contribution was lower for the fencers group (9.5 vs 13.8%). The tendon contribution (about 70%) was the same for both legs. These changes tend to increase the role of tendon tissue (tendon and aponeurosis) and decrease the role of muscle fascicles which would allow greater use of tendon elastic structures for better energetic efficiency and improved performance. It is possible that aponeurosis is a complementary system to the adaptation of the muscle-tendon complex in the case of hyperactivity.The third study has become a case study because of the difficulty in testing the spastic patients on Quick release. Finally, the study has been done on a spastic patient with minor motor impairment compared to the others patients. The results showed a tendon and aponeurosis compliance contributions (75.3% and 15.2% respectively) higher than the muscle fascicles compliance contribution (9.5%). This result may be explained by an increase in muscle stiffness and a decrease in tendon stiffness, which is classically observed in studies with spastic subjects.


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