Biomécanique clinique au sein du sport

Rédacteur original – Wanda van Niekerk d’après le cours de Ian Gatt
Contributeurs principauxWanda van Niekerk, Jess Bell et Kim Jackson

Introduction(edit | edit source)

La biomécanique clinique dans les sports peut être utilisée pour améliorer les performances sportives et réduire les blessures. Un large éventail de techniques est utilisé dans divers sports et exercices, telles que les simulations par ordinateur, les mesures et la modélisation mathématique, .

Définitions de la biomécanique ( éditer | éditer la source )

La biomécanique est l’étude de la structure et de la fonction des systèmes biologiques au moyen des méthodes mécaniques. (1) Une définition plus pertinente pour les cliniciens du sport serait (1):

« L’application des principes mécaniques dans l’étude des organismes vivants ».

La biomécanique du sport et de l’exercice englobe le domaine scientifique concerné par l’analyse de la mécanique du mouvement humain.(1) Il s’agit de la description, de l’analyse détaillée et de l’évaluation du mouvement humain pendant les activités sportives.(2) La mécanique est une branche de la physique qui s’intéresse à la description du mouvement et à la façon dont les forces créent le mouvement. En d’autres termes, la biomécanique du sport est la science qui explique comment et pourquoi le corps humain se déplace de la manière dont il le fait. Dans le sport et l’exercice, cette définition est souvent étendue pour prendre en compte l’interaction entre l’athlète, son équipement et son environnement.

La biomécanique est traditionnellement divisée en plusieurs domaines, à savoir (1):

  1. La cinématique – branche de la mécanique qui traite de la géométrie du mouvement des objets, notamment le déplacement, la vitesse et l’accélération, sans tenir compte des forces qui produisent le mouvement. C’est l’étude de la description du mouvement.
  2. La cinétique – l’étude des relations entre le système de forces agissant sur un corps et les changements qu’il produit dans le mouvement du corps. C’est l’étude des forces et des couples qui provoquent le mouvement d’un corps.

En ce qui concerne ces domaines, il existe des considérations squelettiques, musculaires et neurologiques dans la description de la biomécanique.(2)

Application de la biomécanique ( éditer | modifier la source )

  • Biomécanique orthopédique (5)
    • Conception de membres artificiels, d’articulations et d’orthèses pour améliorer le mouvement fonctionnel
    • Étude des tissus biologiques naturels et artificiels
  • Biomécanique du travail (6)
    • Ergonomie et facteurs humains
    • Réduction des accidents du travail
  • Biomécanique des autres systèmes biologiques (7)
    • Biomécanique comparative (par exemple, la locomotion chez les animaux)
    • Performances dans les courses équestres
  • Biomécanique de l’exercice et du sport
    • Traditionnellement, la biomécanique du sport vise à (8):
      • Améliorer les performances
      • Traiter et prévenir les blessures
    • Voici quelques-uns des domaines où la biomécanique est appliquée pour améliorer les performances ou prévenir les problématiques dans le sport :
      • Identification de la technique optimale pour améliorer les performances sportives
      • Analyse de la charge corporelle pour trouver la manière la plus sécuritaire d’effectuer un sport ou un exercice particulier.
      • Évaluation du recrutement et de la charge musculaire
      • Analyse des équipements de sport et d’exercice et mise en œuvre de la conception (par exemple, chaussures, surfaces, raquettes, bâtons, casques, vélos)

Principes de biomécanique ( éditer | source d’édition )

La connaissance de plusieurs termes et principes biomécaniques est utile lorsqu’on considère le rôle de la biomécanique dans le sport et l’exercice. Pour en savoir plus sur ces principes, tels que la force, le couple, les lois du mouvement de Newton, l’élan, le centre de gravité et l’équilibre, cliquez ici : Principes de biomécanique.

(9)

Biomécanique adéquate ( éditer | modifier la source )

  • Une biomécanique adéquate permet un mouvement efficace et peut réduire le risque de blessure. (2)
  • Une biomécanique anormale ou inadéquate dans les sports peut être une cause possible de blessure.
  • Une biomécanique anormale peut être le résultat d’anomalies anatomiques ou fonctionnelles.

Différents plans de mouvement et axes de mouvement sont souvent utilisés en biomécanique. Jetez un coup d’œil à cette vidéo pour vous rafraîchir la mémoire.

(10)

Aussi, une technique incorrecte peut entraîner une biomécanique anormale qui peut conduire à des blessures. Le tableau ci-dessous donne quelques exemples de la relation entre la technique et les blessures associées.

Sport Technique Blessure
Cricket (11) Action de bowling mixte Fractures de stress de l’isthme
Tennis (12) Action excessive du poignet au revers Tendinopathie de l’extenseur du coude
Natation (13) Diminution de la rotation externe de l’épaule Tendinopathie de la coiffe des rotateurs
Course à pied (14) antéversion du bassin Blessures aux ischio-jambiers
Rowing (15) Changement du côté babord au côté de tribord Fractures de stress des côtes
Ballet (16) en-dehors inadéquat Blessures à la hanche

Pour en savoir plus :

Exemples de sports en utilisant la biomécanique ( éditer | modifier la source )

Course à pied(edit | edit source)

Cyclisme(edit | edit source)

  • L’objectif de la biomécanique appliquée au cyclisme est d’améliorer l’interaction du cycliste avec le vélo en améliorant le confort de la position (posture) et l’efficacité (pédalage).
  • Pour en savoir plus :

Tennis(edit | edit source)

  • Au tennis, la biomécanique des techniques de frappe et du service est complexe. En outre, les choix d’équipement tels que la raquette et la gamme de différentes surfaces de jeu ajoutent à cette complexité. Les forces exercées par l’impact de la balle ou de la raquette lors de frappes différentes et répétitives peuvent entraîner des lésions de surmenage aux membres supérieurs et les interactions joueur-surface entraînent souvent des lésions aiguës aux membres inférieurs.(19)
  • Pour en savoir plus :

Baseball(edit | edit source)

  • Chez un joueur dont la biomécanique de lancer est incorrecte, le coude et l’épaule sont soumis à un stress accru, ce qui entraîne un risque accru de blessure.
  • Des évaluations biomécaniques du lancer peuvent identifier les problématiques de performance et de blessure et il est important pour les cliniciens de comprendre cette biomécanique.(21)
  • Pour en savoir plus :

Golf(edit | edit source)

  • Les cliniciens travaillant avec des joueurs de golf doivent comprendre certains facteurs importants liés au swing de golf, ce qui les aidera à orienter les tests ainsi que la réadaptation et la prescription d’exercices. (22) Ces facteurs peuvent inclure :
    • Le facteur x – rotation de la colonne thoracique par rapport au bassin au sommet du backswing.
    • L’étirement du facteur x – facteur x maximal qui se produit au début du mouvement de downswingdescente, alors que le bassin commence à pivoter vers la cible.
    • Des recherches ont montré que si l’on peut élargir l’étirement du facteur x (l’écart de rotation entre le bassin et le haut du corps), on peut augmenter la distance de course de la balle.
    • L’impact des forces de réaction au sol pendant le swing de golf

Boxe(edit | edit source)

Coup de poing coude plié à la boxe

  • Les deux coups de poing principaux à la boxe sont :
    • Coude fléchi
    • Coude allongé
  • Dinu et al. (23) ont examiné la biomécanique du direct du bras arrière, du crochet et de l’uppercut entre deux groupes de boxe élite (seniors vs juniors). Les auteurs ont rapporté ce qui suit (23):
    • Le coude a contribué le plus au direct du bras arrière, qui est un coup de poing à coude allongé.
    • L’épaule a contribué le plus aux crochet et uppercut, qui sont des coups à coude fléchi.
    • Chez les boxeurs d’élite juniors, la contribution de l’épaule pour les trois coups (direct du bras arrière, uppercut et crochet) était plus élevée que chez les boxeurs seniors, ce qui indique qu’il y a plus de mouvement au niveau de l’épaule chez les boxeurs inexpérimentés que chez les boxeurs expérimentés.
  • Les évaluations biomécaniques telles que celles-ci fournissent des informations précieuses aux cliniciens et aux athlètes pour améliorer les performances et affiner les pratiques d’entraînement et de réadaptation. En outre, cela permet de mieux comprendre pourquoi certains types de blessures se produisent.

Le point de vue et le parcours d’un clinicien sur l’utilisation clinique de la biomécanique en boxe( éditer | modifier la source )

Forces agissant sur l’articulation carpométacarpienne

Un autre exemple de l’utilité de la biomécanique pour les cliniciens concerne les blessures de la main et du poignet à la boxe. Les blessures main-poignet représentent 6 à 35 % de toutes les blessures de boxe à l’entraînement et en compétition. La blessure la plus courante est l’instabilité carpométacarpienne de la main. Cette blessure est également celle qui entraîne la plus grande perte de temps d’entraînement. (24)(25)

Mécanisme de lésion de l’articulation carpométacarpienne

Dans les images de droite, le mécanisme de blessure de l’articulation carpométacarpienne à la main d’un boxeur est expliqué. La ligne jaune représente l’os métacarpien, la ligne bleue représente les os du carpe. L’arc bleu foncé représente les ligaments dorsaux. Les flèches rouges représentent les forces appliquées et les flèches dorées les forces résiduelles. Si le boxeur donne un coup avec l’os métacarpien dans une mauvaise position, les forces causeront des blessures telles que l’instabilité.

La quête d’un physiothérapeute du sport pour comprendre les techniques d’enveloppement des mains à la boxe et le lien avec les blessures( éditer | modifier la source )

Méthodologie de mesure de la cinématique du poignet

L’étude de la cinématique du poignet en boxe est unique en son genre. En effet, il n’est pas possible d’utiliser les différentes technologies de caméra habituellement utilisées en biomécanique car la main est enveloppée dans des bandages et un gant de boxe. L’utilisation d’une approche par caméra ne fournira pas de mesures précises des mouvements spécifiques qui ont lieu.

L’équipement est un élément clé des évaluations biomécaniques. Qu’est-ce qui est disponible et est-ce que ce sera adapté à l’objectif visé ? L’équipement est-il valide et fiable ? Une nouvelle méthode de détermination des angles de l’articulation du poignet à la boxe, utilisant un système de suivi électromagnétique, a été utilisée par Gatt et al. (26) et s’est avérée être une méthode fiable et valide.

Lire l’article complet ici : Accuracy and repeatability of wrist joint angles in boxing using an electromagnetic tracking system (Précision et répétabilité des angles articulaires du poignet en boxe à l’aide d’un système de suivi électromagnétique). (26)

Cette méthode fiable et valide a ensuite été appliquée à l’étude de la cinématique du poignet à l’impact pour les principaux coups de poing à la boxe, à savoir, le crochet et le direct du bras avant (jab). On a constaté que lorsque des boxeurs d’élite frappent un punching bag, une ulnoflexion se produit à la fois dans le jab (> 30% du mouvement total du poignet) et le crochet (> 20 % du mouvement total du poignet).(27) Avec ce résultat, il est évident qu’à l’impact, il y a non seulement une flexion du poignet, mais aussi une déviation cubitale. C’est ce qu’on appelle un mouvement de lancer de fléchette (du dard), et il s’agit d’un mouvement biaxial normatif. Cela permet de comprendre pourquoi certaines blessures au poignet se produisent du côté cubital par compression, et du côté radial par un mécanisme de type traction.(27)

Lire l’article complet ici : Quantifying wrist angular excursion on impact for Jab and Hook lead arm shots in boxing. (27)

La biomécanique du sport fournit aux cliniciens, aux entraîneurs et aux chercheurs une interprétation significative et éclairée. Par exemple, la quantification de l’excursion angulaire du poignet lors de l’impact peut donner un aperçu des différents types de techniques de bandage qui peuvent être appliquées dà la boxe pour prévenir les blessures ou en réduire le risque.

Méthodes de mesure en biomécanique ( éditer | source d’édition )

Les tests biomécaniques peuvent être effectués en laboratoire ou sur le terrain, pendant l’entraînement ou la compétition. Le type de sport et les compétences du sportif détermineront les procédures de test nécessaires. L’entraîneur, le clinicien et/ou l’athlète doivent être impliqués dans le processus de résolution du problème afin de fournir des informations précieuses et pertinentes sur la problématique à aborder.

  • Capture de mouvement (28)
    • Analyse tridimensionnelle du mouvement
    • Approprié pour de nombreux sports impliquant des mouvements complexes
    • Capture les processus complexes du mouvement humain non observables par l’œil humain et quantifie les attributs du mouvement.
  • Accéléromètres, gyroscopes et lasers (29) (30)
    • Utilisé pour déterminer les caractéristiques techniques du mouvement d’un athlète.
  • Plateformes de force (31)
    • Analyse des plate-formes de force
    • Utilisé pour les activités de marche, de course et de réception
    • Utile pour déterminer les forces d’impact, de freinage et de propulsion
    • Utile pour déterminer le transfert de poids dans les activités dynamiques
    • Utile pour le calcul de la cinétique articulaire
  • Electromyographie (32)
    • Utilisé pour mesurer l’activité musculaire
  • Analyse vidéo à grande vitesse (33)
    • Utilisation de caméras à grande vitesse pour analyser les mouvements et les impacts à grande vitesse
  • Analyse de concurrence (34)
    • Les variables de performance d’un athlète sont mesurées, telles que les temps intermédiaires, la longueur ou la vitesse de la foulée, la longueur ou la vitesse de la course.

Réflexions finales ( éditer | source d’édition )

  • Biomécanique – prendre en compte la cinétique et la cinématique
  • Utiliser la biomécanique pour influencer et évaluer les blessures et les performances
  • Importance pour le sport – cela doit être pertinent pour le sport et viable à étudier ou à évaluer.
  • Possibilité d’analyse en direct et rétrospective en fonction de la technologie et des ressources humaines.

Ressources(edit | edit source)

Références(edit | edit source)

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 Hall SJ. Basic Biomechanics, 8e. McGraw-Hill; 2019.
  2. 2.0 2.1 2.2 Brukner P. Clinical sports medicine: Injuries. McGraw-Hill Education (Australia) Pty Limited; 2017.
  3. CREATe at Vanderbilt University. Biomechanics: When Sports Meets Science. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=vglcn72rfEM&t=76s (last accessed 11/5/2022)
  4. STEM Learning. Understanding the biomechanics of sport. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=Aqo0w0PwZgk (last accessed 11/5/2022)
  5. Putame G, Aldieri A, Audenino A, Terzini M. Orthopedic biomechanics: multibody analysis. InHuman Orthopaedic Biomechanics 2022 Jan 1 (pp. 39-69). Academic Press.
  6. Lim S, D’Souza C. A narrative review on contemporary and emerging uses of inertial sensing in occupational ergonomics. International journal of industrial ergonomics. 2020 Mar 1;76:102937.
  7. Mouloodi S, Rahmanpanah H, Gohari S, Burvill C, Tse KM, Davies HM. What can artificial intelligence and machine learning tell us? A review of applications to equine biomechanical research. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2021 Nov 1;123:104728.
  8. Knudson D. Applying Biomechanics in Exercise and Rehabilitation. InFundamentals of Biomechanics 2021 (pp. 177-186). Springer, Cham.
  9. Flip Teach.Basic biomechanics part 1. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=XMzh37kwnV4&t=10s(last accessed 11/5/2022)
  10. ParklandCSIT. Axis Of Movement animation 2012. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=iP7fpHuVaiA&t=8s(last accessed 11/5/2022)
  11. Forrest MR, Hebert JJ, Scott BR, Brini S, Dempsey AR. Risk factors for non-contact injury in adolescent cricket pace bowlers: a systematic review. Sports medicine. 2017 Dec;47(12):2603-19.
  12. Stuelcken M, Mellifont D, Gorman A, Sayers M. Wrist injuries in tennis players: a narrative review. Sports medicine. 2017 May;47(5):857-68.
  13. Johnston T.R., Abrams G.D. Shoulder Injuries and Conditions in Swimmers. In: Miller T. (eds) Endurance Sports Medicine. Springer, Cham. 2016:127-138.
  14. Goom TS, Malliaras P, Reiman MP, Purdam CR. Proximal Hamstring Tendinopathy: Clinical Aspects of Assessment and Management. J Orthop Sports Phys Ther. 2016 Jun;46(6):483-93
  15. D’Ailly PN, Sluiter JK, Kuijer PP. Rib stress fractures among rowers: a systematic review on return to sports, risk factors and prevention. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 2015;56(6):744-753.
  16. Bowerman EA, Whatman C, Harris N, Bradshaw E. Review of the Risk Factors for Lower Extremity Overuse Injuries in Young Elite Female Ballet Dancers. Journal of Dance Medicine & Science. 2015; 19:51-56
  17. Folland JP, Allen SJ, Black MI, Handsaker JC, Forrester SE. Running technique is an important component of running economy and performance. Medicine and science in sports and exercise. 2017 Jul;49(7):1412.
  18. Souza RB. An evidence-based videotaped running biomechanics analysis. Physical Medicine and Rehabilitation Clinics. 2016 Feb 1;27(1):217-36.
  19. Allen T, Dixon S, Dunn M, Knudson D. Tennis equipment and technique interactions on risk of overuse injuries. InTennis medicine 2018 (pp. 61-79). Springer, Cham.
  20. Martin C. Tennis serve biomechanics in relation to ball velocity and upper limb joint injuries. Journal of Medicine and Science in Tennis. 2014;19(2).
  21. Diffendaffer AZ, Bagwell MS, Fleisig GS, Yanagita Y, Stewart M, Cain Jr EL, Dugas JR, Wilk KE. The Clinician’s Guide to Baseball Pitching Biomechanics. Sports Health. 2022 Apr 23:19417381221078537.
  22. Bishop C, Ehlert A, Wells J, Brearley S, Brennan A, Coughlan D, Belfry UK. Strength and conditioning for golf athletes: biomechanics, injury risk, physical requirements, and recommendations for testing and training. Professional Strength & Conditioning. 2022 Feb 18.
  23. 23.0 23.1 Dinu D, Millot B, Slawinski J, Louis J. An examination of the biomechanics of the cross, Hook and uppercut between two elite boxing groups. Multidisciplinary Digital Publishing Institute Proceedings. 2020;49(1):61.
  24. Loosemore M, Lightfoot J, Gatt I, Hayton M, Beardsley C. Hand and wrist injuries in elite boxing: a longitudinal prospective study (2005-2012) of the Great Britain Olympic Boxing Squad. Hand. 2017 Mar;12(2):181-7.
  25. Loosemore M, Lightfoot J, Palmer-Green D, Gatt I, Bilzon J, Beardsley C. Boxing injury epidemiology in the Great Britain team: a 5-year surveillance study of medically diagnosed injury incidence and outcome. British journal of sports medicine. 2015 Sep 1;49(17):1100-7.
  26. 26.0 26.1 Gatt IT, Allen T, Wheat J. Accuracy and repeatability of wrist joint angles in boxing using an electromagnetic tracking system. Sports Engineering. 2020 Dec;23(1):1-0.
  27. 27.0 27.1 27.2 Gatt I, Allen T, Wheat J. Quantifying wrist angular excursion on impact for Jab and Hook lead arm shots in boxing. Sports Biomechanics. 2021 Dec 8:1-3.
  28. van der Kruk E, Reijne MM. Accuracy of human motion capture systems for sport applications; state-of-the-art review. European journal of sports science. 2018 Jul 3;18(6):806-19.
  29. Fridolfsson J, Börjesson M, Arvidsson D. A biomechanical re-examination of physical activity measurement with accelerometers. Sensors. 2018 Oct;18(10):3399.
  30. Tierney G. Concussion biomechanics, head acceleration exposure and brain injury criteria in sport: A review. Sports biomechanics. 2022 Jan 1:1-29.
  31. Parry GN, Herrington LC, Horsley IG, Gatt I. The test–retest reliability of bilateral and unilateral force plate–derived parameters of the countermovement push-up in elite boxers. Journal of Sport Rehabilitation. 2021 Feb 24;1(aop):1-5.
  32. Taborri J, Keogh J, Kos A, Santuz A, Umek A, Urbanczyk C, van der Kruk E, Rossi S. Sport biomechanics applications using inertial, force, and EMG sensors: A literature overview. Applied bionics and biomechanics. 2020 Jun 23;2020.
  33. Della Villa F, Tosarelli F, Ferrari R, Grassi A, Ciampone L, Nanni G, Zaffagnini S, Buckthorpe M. Systematic video analysis of anterior cruciate ligament injuries in professional male rugby players: pattern, injury mechanism, and biomechanics in 57 consecutive cases. Orthopaedic journal of sports medicine. 2021 Nov 2;9(11):23259671211048182.
  34. Barbosa TM, Barbosa AC, Simbaña Escobar D, Mullen GJ, Cossor JM, Hodierne R, Arellano R, Mason BR. The role of the biomechanics analyst in swimming training and competition analysis. Sports Biomechanics. 2021 Aug 26:1-8.
  35. McErlain-Naylor S. Sports Biomechanics Lecture Series. Available from https://www.youtube.com/watch?v=3qyoVGkPQF4&list=PLI7VLEjUJidBpOCEyXIfHVHfLa5AhSqUm (last accessed 11/5/2022)


Développement professionnel dans votre langue

Rejoignez notre communauté internationale et participez à des cours en ligne pour tous les professionnels en réadaptation.

Voir les cours disponibles