Adaptabilité du processus d’initiation de la marche dans le plan frontal : effets de la surcharge et de la vitesse - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2013

Adaptability of the gait initiation process in the frontal plane : Effects of the overload and the velocity

Adaptabilité du processus d’initiation de la marche dans le plan frontal : effets de la surcharge et de la vitesse

Abstract

Gait initiation, which corresponds to the transition between quiet standing and gait, is a motor task that is commonly performed in daily life. This functional task provides a challenge to postural stability, especially in the frontal plane or along the mediolateral (ML) direction. During this task, two main mechanisms are used by the central nervous system (CNS) for controlling ML stability. These mechanisms are: i) “anticipatory postural adjustments” (APA) in the ML direction and ii) step width. The aim of this thesis was to investigate, in young and healthy participants, the adaptability of the ML stabilizing mechanisms during gait initiation when the postural system is constrained by two factors: the overload (1st and 2nd studies) and the velocity (3rd study). The results of the 1st study showed that, when gait initiation was performed with an overload symmetrically distributed with respect to the frontal and median planes, the duration of ML APA was lengthened in order to achieve initial propulsion of the centre of mass (COM) toward the stance limb similar to that of the unloaded condition. This adaptation contributed to maintain an equivalent ML stability during step execution with overload. When the overload was asymmetrically distributed with respect to the body frontal plane (2nd study), the CNS modulated the amplitude of ML APA as a function of the weight distribution between both legs in order that ML stability during gait initiation remains unchanged. In our 3rd study, the results revealed that the duration of ML APA was reduced when gait speed increased, which induced a decrease of the lateral COM shift toward the stance leg at the swing foot-off time. This decreased efficacy of the ML APA was however compensated by an increase of the step width in order that the ML position of the extrapolated COM remains within the base of support at the time of foot-contact onto the ground. Specifically, our results showed that the step width was adjusted in order that the margin of stability at the foot-contact time remains unchanged with gait speed. These results indicate that the CNS is able to finely modulate the ML APA and the step width as to maintain ML dynamic stability unchanged during gait initiation when the gait speed increases. Finally, our 4th study validated a new method to detect the swing heel-off event during gait initiation by using only force platform data. This method could be very interesting in the clinical field to investigate gait initiation. Taken together, these results contribute to a better understanding of the adaptability of postural stability mechanisms associated with voluntary movement.
L’initiation de la marche, qui correspond à la transition de la posture debout à la marche, est une tâche motrice couramment exécutée dans la vie quotidienne. Cette tâche fonctionnelle constitue un défi particulier pour le contrôle de la stabilité posturale, en particulier dans le plan frontal ou selon la direction médiolatérale (ML). Afin de contrôler cette stabilité ML, le système nerveux central (SNC) agit par anticipation à la perturbation posturale induite par le décollement du pied – par le biais d’« ajustements posturaux anticipateurs » (APA) ML - et/ou en réaction à cette perturbation – par le biais d’un placement du pied oscillant plus ou moins latéral à l’instant du posé du pied -, ce qui a pour effet de modifier la largeur du pas. L’objectif général de ce travail de thèse était d’étudier, chez l’adulte jeune et sain, l’adaptabilité de ces mécanismes de stabilisation ML de l’initiation de la marche lorsque le système postural est soumis à deux types de contraintes : la surcharge (études 1 et 2) et la vitesse de progression (étude 3). Les résultats de la 1ère étude ont montré que, lorsque l’initiation de la marche était réalisée avec une surcharge répartie symétriquement selon les plans frontal et médian du corps, la durée des APA ML était allongée de manière à réaliser une propulsion initiale du centre de masse (COM) vers la jambe d’appui identique à celle de la condition sans charge. Cette adaptation contribuait au maintien d’une stabilité ML équivalente durant l’exécution du pas avec la surcharge. Lorsque la surcharge était répartie asymétriquement par rapport au plan médian du corps (étude 2), le SNC modulait l’amplitude des APA ML en fonction de la répartition du poids sur les appuis de façon à ce que la stabilité ML au cours de l’initiation de la marche soit inchangée. Dans notre 3ème étude, les résultats ont révélé que la durée des APA ML était réduite lorsque la vitesse de marche était augmentée, ce qui avait pour conséquence de réduire le déport latéral du COM vers la jambe d’appui à l’instant du décollement du pied oscillant. Cette moindre efficacité des APA ML avec l’augmentation de la vitesse était cependant compensée par une augmentation de la largeur du pas afin que la position ML du « COM extrapolée » reste à l’intérieur de la base de support à l’instant du contact du pied oscillant avec le sol. De manière plus précise, nos résultats ont montré que la largeur du pas était modulée de façon à ce que la marge de stabilité à l’instant du contact du pied oscillant avec le sol ne change pas avec la vitesse. Ces résultats indiquent que le SNC est capable de moduler précisément les APA ML et la largeur du pas afin que la stabilité dynamique ML au cours de l’initiation de la marche reste inchangée avec l’augmentation de la vitesse de marche. Enfin, notre 4ème étude a permis de valider une nouvelle méthode permettant de détecter l’instant décollement du talon de la jambe oscillante durant l’initiation de la marche uniquement à partir des données issues d’une plateforme de force. Cette méthode pourrait être particulièrement intéressante pour faciliter l’analyse de l’initiation de la marche en milieu clinique. L’ensemble de ces résultats contribue à une meilleure compréhension de l’adaptabilité des mécanismes de stabilisation posturale associés au mouvement volontaire.
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  • HAL Id : tel-04315043 , version 1

Cite

Teddy Caderby. Adaptabilité du processus d’initiation de la marche dans le plan frontal : effets de la surcharge et de la vitesse. Physiologie [q-bio.TO]. Université de la Réunion, 2013. Français. ⟨NNT : 2013LARE0039⟩. ⟨tel-04315043⟩
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