altération du contrôle moteur suite à une entorse latérale de la cheville
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MAUDE BASTIEN
ALTERATION DU CONTROLE MOTEUR SUITE A UNE ENTORSE LATÉRALE DE LA CHEVILLE
Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures et postdoctorales de l'Université Laval
dans le cadre du programme de maîtrise en médecine expérimentale pour l'obtention du grade de Maître es sciences (M.Sc.)
DEPARTEMENT DE READAPTATION FACULTÉ DE MÉDECINE
UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC
2012
©Maude Bastien, 2012
Résumé Ce mémoire porte sur l'évaluation de la qualité du contrôle moteur suite à une entorse
latérale de la cheville (ELC). La validité concomitante et discriminante de la variable
indicatrice de performance (distance maximale atteinte) au Star Excursion Balance Test
(SEBT) a été étudiée dans le premier volet de ce mémoire. Le deuxième volet a permis,
pour sa part, de déterminer si les militaires avec ELC présentaient des altérations du
contrôle moteur par le biais de variables de stratégies motrices globales et segmentaires.
Nos résultats principaux démontrent 1) l'excellente validité concomitante et discriminante
de la mesure principale au SEBT lorsqu'une procédure standardisée est utilisée et, 2) la
présence d'altérations du contrôle moteur chez les militaires avec ELC. En conclusion, nos
travaux supportent l'importance d'évaluer la qualité du contrôle moteur suite à une ELC
avec un test tel le SEBT.
Abstract This master's thesis is on the assessment of the quality of motor control after lateral ankle
sprain (LAS). The concurrent and discriminant validity of the principal indicator of
performance (maximal reach distance) at the Star Excursion Balance Test (SEBT) was first
studied. The second part of the study allowed to identify if alterations in motor control were
present after LAS in the military population. Our main results showed 1) the excellence of
the concurrent and discriminant validity of the principal measure at SEBT when a
standardized procedure was used, and 2) the presence of alterations in motor control for
military personnel with LAS. In conclusion, our work supports the importance of the
assessment of the quality of motor control after LAS with a test such as SEBT.
Avant-Propos Cet ouvrage, présenté sous la forme de mémoire avec insertion d'articles, est divisé en six
chapitres. Une introduction générale (chapitre 1) du sujet d'étude est d'abord présentée
suivie d'une méthodologie générale (chapitre 2) regroupant les particularités propre à
chaque volet. Les deux chapitres subséquents (chapitre 3 et 4) sont rédigés en anglais sous
forme de manuscrits scientifiques qui seront soumis à des revues suite au dépôt final de ce
mémoire. Je suis l'auteure principale de ces deux articles qui témoignent des travaux
réalisés au cours du projet de maîtrise sous la direction de la Dre Hélène Moffet et la co
direction du Dr Laurent Bouyer. Pour ces articles, j 'ai participé à la recension des écrits, à
l'élaboration du devis de recherche, à l'expérimentation, à l'analyse des résultats et à la
rédaction. Les Drs Moffet et Bouyer sont co-auteurs sur les deux articles et ont participé à
l'élaboration et à la réalisation du projet. De plus, ils m'ont supportée dans la rédaction de
ces articles. Les co-auteurs Marc Perron (M.Sc.) et Dr Luc J. Hébert, étant nos personnes
références au sein des Forces Canadiennes, ont collaboré dans l'élaboration du projet, le
recrutement des participants à la base militaire ainsi que dans la révision du premier article
(chapitre 3). Monsieur Marc Perron a aussi obtenu une subvention qui a permis la
réalisation de ce projet. Dr Jean Leblond, un statisticien, m'a guidée dans les analyses des
résultats et dans la révision des articles. Les chapitres 5 et 6 permettent de synthétiser le
propos du mémoire en discutant des principaux résultats et en tirant les conclusions du
projet de recherche.
Je profite de cet avant-propos pour remercier toutes les personnes qui m'ont supportée et
aidée au courant de mes études et de la réalisation de ce travail. Premièrement, j'aimerais
souligner la qualité de l'encadrement de ma directrice, Hélène Moffet, qui m'a guidée à
l'aide de judicieux conseils et qui m'a soutenue tout au long de mon processus. Sa rigueur
et sa capacité à bien organiser sa pensée ont été pour moi sources d'inspiration et de
motivation. Je tiens également à remercier Laurent Bouyer pour sa disponibilité, son
ouverture d'esprit et les conversations enrichissantes qui m'ont permis de bonifier la qualité
de mon projet d'étude.
Mes remerciements vont également à Marc Perron et Luc J. Hébert sans qui le projet
n'aurait pas pu prendre forme. Votre soutien, votre enthousiasme et vos conseils m'ont été
précieux. Un merci spécial à Chantai Gendron et l'équipe de physiothérapeutes des Forces
Canadiennes de la base militaire de Valcartier; à Guy St-Vincent, pour son aide précieuse
au laboratoire 3D ainsi qu'aux étudiantes en physiothérapie (Joannie Huot, Joanie Bédard
et Isabelle Lapointe), pour leur assistance dans l'évaluation en laboratoire. Je remercie
également Andréanne Blanchette et Stéphanie Bernard, deux étudiantes au cycle supérieur,
et l'équipe du CIRRIS de TIRDPQ pour leur soutien et leur aide à travers les différentes
étapes de la réalisation de ce projet de maîtrise.
Finalement, j'aimerais remercier mes parents, ma famille et mes collègues de la clinique,
qui ont su par leur présence et leurs encouragements m'aider à persévérer vers
l'aboutissement de ce projet. J'aimerais particulièrement remercier mon compagnon de vie,
Simon Robitaille, pour sa compréhension sans limite, ses encouragements et son soutien à
travers les difficultés que sous-tendent un retour aux études et la réalisation d'études
supérieures.
Mes remerciements s'adressent aussi aux Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC),
à l'Ordre professionnel de la physiothérapie du Québec (OPPQ) et au Centre
interdisciplinaire de recherche en réadaptation et intégration sociale (CIRRIS) pour le
support financier qu'ils m'ont accordé pour mes études de maîtrise. De plus, j'aimerais
souligner l'apport de TOPPQ et du Réseau provincial de recherche en adaptation-
réadaptation (REPAR) qui ont subventionné ce projet de recherche.
A Simon
Table des matières Résumé ii Abstract iii Avant-Propos iv Table des matières vii LISTE DES TABLEAUX x LISTE DES FIGURES xi LISTE DES ABRÉVIATIONS xii LISTE DES ANNEXES xiii
Chapitre 1 : Introduction 1 1.1 Problématique générale 1 1.2 Épidémiologie et récupération fonctionnelle suite à TELC 3
1.2.1 Incidence 3 1.2.2 Facteurs de risque 3 1.2.3 Caractéristiques de TELC 4 1.2.4 Récupération fonctionnelle post-ELC 5
1.3 Modification du contrôle moteur suite aune ELC 6 1.3.1 Modèle supportant la réorganisation motrice centrale suite à une ELC 7 1.3.2 Afférences sensorielles altérées lors des premières semaines post-entorse . 10
1.4 Les caractéristiques essentielles d'une tâche motrice complexe utilisée pour étudier la qualité du contrôle moteur 11
1.4.1 Planification motrice 11 1.4.2 Exigences motrices propres à une tâche motrice complexe au membre
inférieur 13 1.5 Pertinence du SEBT pour évaluer la qualité du contrôle moteur 15
1.5.1 Les exigences du SEBT en regard du contrôle moteur 15 1.5.2 Propriétés métrologiques du test 18
1.6 Variables pour quantifier la qualité du contrôle moteur lors du SEBT 19 1.6.1 Variables globales 19 1.6.2 Variables segmentaires 20
1.7 Objectifs / hypothèses 21
Chapitre 2 : Méthodologie générale 23 2.1 Populations cibles et échantillons 23
2.1.1 Participants avec ELC 23 2.1.2 Participants sans ELC (groupe témoin) 24 2.1.3 Recrutement des participants 24
2.2 Devis expérimental 25 2.3 Tests et mesures 29
2.3.1 Caractéristiques personnelles et cliniques des participants 29 2.3.2 Capacité fonctionnelle 29 2.3.3 Tâche motrice complexe 30
2.4 Variables découlant des tests et mesures 34 2.4.1 Distance maximale d'atteinte 34
Vlll
2.4.2 Variables de la cinématique et spatiotemporelles des stratégies globale et segmentaires 35
2.5 Analyse 43 2.6 Articles découlant du projet de recherche 44
Chapitre 3: Article 1 45 3.1 Résumé 46 3.2 Abstract 47 3.3 Introduction 48 3.4 Methods 50
3.4.1 Participants' selection 50 3.4.2 SEBT procedure 50 3.4.3 Measurement and variables (Instrumentation) 52 3.4.4 Data Analysis 53
3.5 Results 55 3.5.1 Concurrent validity 55 3.5.2 Discriminant validity 56 3.5.3 Effect of the MRD normalization methods 57
3.6 Discussion 59 3.6.1 Concurrent validity and accuracy of MRD measured by visual estimation. 59 3.6.2 Discriminant validity of SEBT 60 3.6.3 Effect of the normalization by height 61 3.6.4 Limits 62
3.7 Conclusion 64
Chapitre 4: Article 2 72 4.1 Résumé 73 4.2 Abstract 74 4.3 Introduction 75 4.4 Methods 77
4.4.1 Participants' selection 77 4.4.2 SEBT procedure 77 4.4.3 Data collection 78 4.4.4 Data Analysis 78
4.5 Results : 81 4.5.1 Comparison of global body strategies between groups 81 4.5.2 Association between global body strategy variables and the performance at
SEBT 82 4.5.3 Combination of global body strategy variables that predict SEBT
performances 82 4.5.4 Performance and strategy differences between groups 82 4.5.5 Contribution of the lower limbs and trunk to the global body strategy 83
4.6 Discussion 85 4.6.1 Global motor strategy differences 85 4.6.2 Segmental motor strategy differences 87 4.6.3 Complementary information of the studied reaching directions 88
IX
4.6.4 Limits 88 4.7 Conclusion 90
Chapitre 5 : Discussion générale 97 5.1 Volet 1: validité de la principale variable de performance au SEBT 97
5.1.1 La validité concomitante et l'exactitude de la DMA mesurée par estimation visuelle 98
5.1.2 Validité discriminante et intérêt de la normalisation par la taille 100 5.2 Volet 2 : différences de stratégies motrices suite à ELC 102
5.2.1 Différences de stratégie motrice globale 104 5.2.2 Différences de stratégies motrices segmentaires 105 5.2.3 Complémentarité des directions d'atteinte sur le plan du contrôle moteur 106
5.3 Limites du projet et avenues de recherche 107 5.3.1 Limites du projet 107 5.3.2 Avenues de recherche et intérêts futurs 109
Chapitre 6: Conclusion 111 6.1 Retombées cliniques en regard au volet 1 111 6.2 Retombées cliniques en regard au volet 2 112
Bibliographie 113 ANNEXES 129
LISTE DES TABLEAUX
CHAPITRE 2 Tableau 2.1: Périodes et événements à partir desquels les variables étudiées ont été extraites 37 Tableau 2.2: Variables indicatrices de la stratégie motrice globale et des stratégies motrices segmentaires extraites de la zone centrale de la tâche au SEBT 39
CHAPITRE 3 Tableau 3.1 : Participants' characteristics and functional ability 65 Tableau 3.2: Intraclass correlation coefficients between visual estimation and gold standard measures of the MRD 66 Tableau 3.3: Mean MRD normalized by lower limb length or body height 67
CHAPITRE 4 Tableau 4.1: Associations between SEBT performances and global strategy variables derived from the global CoM 92
LISTE DES FIGURES
CHAPITRE 1 Figure 1.1. : Composantes impliquées dans le contrôle d'une tâche motrice complexe dans un environnement donné 8
CHAPITRE 2 Figure 2.1: Devis expérimental de l'étude 28 Figure 2.2: Montage expérimental du SEBT lors de l'évaluation en laboratoire 34
CHAPITRE 3 Figure 3.1: Experimental setting and reaching directions studied 68 Figure 3.2: Association between maximal reach distances measured by Optotrak 3D system and visual estimation 69 Figure 3.3: The difference between both methods (accuracy) for each group and each reaching direction 70 Figure 3.4: Box plots of maximal reach distance normalized by lower limb length or body height 71
CHAPITRE 4 Figure 4.1: Kinematics variables during the task at SEBT 92 Figure 4.2: Global body strategies in the vertical axis and horizontal plane in the central zone phase 93 Figure 4.3: Regression lines illustrating the relation between SEBT performances and global CoM lowering for each group, direction and limb 94 Figure 4.4: SEBT performances and motor strategies variables comparison associated to the CoM lowering 95 Figure 4.5: Segmental motor strategy variables derived from global motor strategy variables 96
LISTE DES ABREVIATIONS
3D Trois dimensions (français); Three-Dimensions (anglais)
ANOVA Analyse de variance (français); Analysis of variance (anglais)
ABD Abduction
ADD Adduction
AM Antéromédiale (français); Anteromedial (anglais)
BoS Base de support (français); Base of support (anglais)
CI Confidence Interval
CF Canadian Forces
CoM Centre de masse (français); Center of mass (anglais)
CoP Centre de pression (français); Center of pressure (anglais)
DMA Distance maximale atteinte
ELC Entorse latérale de la cheville
FADI Foot and Ankle Disability Index
IC Intervalle de confiance
LAS Lateral ankle sprain
LEFS Lower Extremity Functional Scale
LLL Lower limb length
M Médiale (français); Medial (anglais)
MI Membre inférieur
MRD Maximal reach distance
PM Postéromédiale (français); Posteromedial (anglais)
SEBT Star Excursion Balance Test
VAS Visual analogue scale
LISTE DES ANNEXES
ANNEXE A 129
Certificat éthique 130
Formulaires d'information et de consentement
1-Comité d'éthique en recherche de TIRDPQ 131
2- Comité d'éthique des Forces Canadiennes 137
ANNEXE B 139
Schéma représentant le déroulement du test SEBT 140
ANNEXE C 141
Modèle expérimental pour le système de capture du mouvement 3D 142
CHAPITRE 1 : INTRODUCTION 1.1 Problématique générale Le contrôle moteur se définit comme l'habilité à réguler ou à diriger les mécanismes
essentiels au mouvement(i). Il est le résultat d'une interaction entre plusieurs systèmes du
corps humain tels les systèmes nerveux, musculosquelettique et sensoriel. L'intégrité et la
cohésion de ces systèmes sont essentielles à un contrôle moteur efficace. La qualité du
contrôle peut être déterminée à partir des stratégies de mouvement utilisées lors de tâches
motrices complexes. Celles-ci doivent toutefois solliciter les systèmes ciblés et présenter un
niveau d'exigence suffisamment grand pour mettre en évidence les altérations du contrôle
moteur chez une population donnée.
L'entorse latérale de la cheville (ELC) est une blessure qui se caractérise par une perte
complète (rupture) ou partielle (déchirure) de l'intégrité d'une ou de plusieurs composantes
du système musculosquelettique, soit les ligaments latéraux. Sa prévalence est très élevée
au sein d'une population sportive et militaire(2-7). Elle a pour conséquence l'apparition de
signes et symptômes locaux dont la douleur, l'œdème, la perte de mobilité articulaire de la
cheville et la perte de force des muscles au pourtour de celle-ci. Malgré la disparition
relativement rapide de ces déficits dans les semaines suivant la blessure, TELC a un impact
bien au-delà de la région initialement atteinte. Plusieurs auteurs ont, en effet, démontré par
le biais de différentes tâches motrices complexes que les individus avec ELC présentaient
une diminution de la qualité du contrôle moteur qui persistait jusqu'à quelques années
suivant la blessure initiale(s-io). Parmi les tâches motrices complexes rapportées, le maintien
de la station unipodale, des sauts unipodaux (unique ou multiple) ou encore une tâche
d'atteinte ont été étudiésu 1-13). De façon intéressante, des altérations du contrôle moteur lors
de ces tâches ont été notées malgré la quasi disparition des signes et symptômes locaux.
Ceci suggère qu'en plus de l'atteinte du système musculosquelettique, cette blessure locale
a un impact sur d'autres systèmes impliqués dans le contrôle du mouvement humain.
Par ailleurs, il a été démontré que près du tiers des individus ayant eu une ELC ont,
plusieurs mois et années après leur blessure initiale, une instabilité persistante à la cheville
(14-16). Cette instabilité résiduelle est associée à une plus grande fréquence de récidives
d'entorses. Elle se caractérise par des dérobades, associées ou non à une instabilité
mécanique(i5;i7;i8) qui aura été confirmée par des tests cliniques ou radiographiques. En
l'absence d'instabilité mécanique, l'instabilité perçue par les personnes avec ELC a été
qualifiée de syndrome d'instabilité fonctionnelle. Ce syndrome a été largement associé à un
contrôle moteur perturbée 12;ni et à la rétention de stratégies motrices inadéquates
(réorganisation des mécanismes centraux) à la suite de la blessure initiale. Enfin, des
altérations bilatérales du contrôle moteur, c'est-à-dire non seulement du côté du membre
inférieur lésé mais aussi du côté non lésé, ont également été identifiées chez ces
personnes( 19-21). Cette bilatéralité supporte fortement l'hypothèse de changements centraux
suite à une blessure locale(22,23). Ces résultats démontrent l'importance d'identifier des
outils qui permettent d'évaluer la qualité du contrôle moteur chez les personnes avec une
ELC, en complémentarité aux mesures utilisées pour suivre localement l'évolution de la
condition de la cheville.
Parmi les tests proposés dans la littérature, le Star Excursion Balance Test (SEBT) apparaît
un test particulièrement pertinent quant à son exigence en termes de contrôle moteur (ceci
sera élaboré davantage ultérieurement) sans compter qu'il présente une très bonne fidélité
et capacité discriminative. Conséquemment, le SEBT a été largement utilisé auprès de la
population avec ELC(8;i3;24-26;26-33). Ce test consiste en une tâche orientée vers un but, soit de
toucher le sol avec le bout du pied le plus loin possible dans une direction prédéterminée
alors que l'individu se trouve en appui unipodal sur l'autre membre inférieur. La variable
utilisée pour juger de la performance et de la qualité du contrôle moteur est la distance
maximale d'atteinte (DMA) estimée visuellement par un évaluateur. La validité
concomitante entre cette variable et une mesure étalon, dont la précision et l'exactitude de
l'instrument de mesure sont reconnues, demeure toutefois à être démontrée. De plus, la
DMA est le résultat final des stratégies motrices mises en place pour réussir la tâche, mais
elle ne nous informe pas sur celles-ci. L'étude de ces stratégies permettrait d'expliquer la
performance au test, c'est-à-dire la magnitude de la DMA, en plus de révéler les altérations
du contrôle moteur des individus moins performants.
Ce mémoire s'intéressera donc aux questions concernant la validité concomitante de la
DMA estimée visuellement et la quantification des stratégies motrices mises en place lors
du SEBT à l'aide d'une analyse biomécanique afin de caractériser les altérations du
contrôle moteur chez les personnes avec ELC. Avant de présenter de façon précise nos
objectifs et hypothèses de recherche, nous décrirons plus en détails dans les prochaines
sections notre population cible, le test SEBT et sa pertinence pour la mesure de la qualité
du contrôle moteur chez les personnes avec ELC.
1.2 Epidémiologie et récupération fonctionnelle suite à TELC 1.2.1 Inc idence
L'entorse latérale de la cheville (ELC) est parmi les blessures sportives les plus communes
dans les populations civile et militaire(2;3;7;i5;34). Son incidence dans la population militaire
est au moins cinq fois plus élevée que celle de la population civile qui a été estimée à 2,1
par 1000 habitants aux États-Unis(2;5). Elle a varié entre 34,9 et 58,4 par 1000 personnes-
année au sein d'académies militaires aux États-Unis(2;4). Le niveau d'entraînement et
l'expérience des militaires au sein des Forces armées auraient une influence sur le taux
d'ELC. En effet, le taux de blessure chez les recrues a été rapporté comme étant cinq fois
plus élevé que chez les militaires entrainés(2;3). Les blessures à la cheville dans la
population militaire découleraient particulièrement de la participation à des sports organisés
ou récréatifs et à Tentrainement physique réalisés sur une base régulière(3;4;35). Les entorses
de la cheville ont aussi été parmi les premières causes d'arrêt de services reliées aux
activités sportives ou aux entraînements militaires(36).
1.2.2 Facteurs de risque Outre le principal facteur de risque pour une ELC, un antécédent d'entorse à la cheville^),
quelques caractéristiques personnelles ainsi que certaines activités semblent prédisposer à
TELC. Dans la population civile, le genre (homme ou femme) influencerait l'incidence de
blessure, en fonction de la tranche d'âge. Les hommes auraient un risque plus élevé d'ELC
entre 15 et 24 ans alors que les femmes seraient plus à risque après 30 ans<5). Toutefois,
dans la population militaire, le genre féminin serait davantage prédisposé à TELC à travers
les différentes tranches d'âge<2;4). Les caractéristiques anthropométriques, tels une grande
taille et un indice de masse corporelle élevé, prédisposeraient davantage les militaires
masculins à TELC(4;35). Des résultats controversés ont été obtenus concernant l'effet de la
dominance au membre inférieur sur le risque de blessure. Niu et al (201 l)(38)ont supposé un
risque plus élevé de blessure au membre inférieur dominant comparativement au membre
inférieur non dominant. Ce concept est supporté par des observations suggérant que les
stratégies adoptées par le membre inférieur dominant lors de tâches motrices étaient plus à
risque de créer une blessure que celles observées au niveau du membre inférieur non
dominant. Cette théorie n'est toutefois pas supportée par la revue de littérature de Beyond
et al (2002)(39). Enfin, selon cette dernière étude, la morphologie du pied ne serait pas non
plus un facteur de risque à l'entorse de la cheville.
1.2.3 Caractéristiques de l'ELC La caractérisation d'une entorse de la cheville se fait à partir des éléments suivants : 1) le
type (localisation), 2) la sévérité et, 3) les antécédents d'épisode antérieur. À la cheville,
l'entorse latérale est la plus fréquente: plus de 75% des entorses à la cheville implique les
ligaments latéraux(40;4i). Le mécanisme de lésion le plus commun de ce type d'entorse est
l'inversion combinée à la flexion plantaire forcée avec ou sans rotation interne de la
cheville alors que le centre de masse du corps passe au dessus de la cheville(40;42;43). Les
ligaments latéraux jouent un rôle essentiel dans la stabilité articulaire de la cheville. Ils
assureraient 70% à 80% de la stabilité antérieure passive, limitant entre autres la flexion
plantaire(44). La forte incidence de ce type d'entorse, comparativement aux autres types
d'entorse de la cheville, semble être en partie attribuable au fait que la position articulaire à
la cheville la moins stable est la flexion plantaire(44). Lors d'une ELC, les ligaments talo-
fibulaire postérieur, calcanéo-fibulaire et talo-fibulaire antérieur peuvent tous les trois être
lésés(43;45). Le ligament talo-fibulaire antérieur est souvent le premier endommagées). En
support à cet énoncé, une étude rapporte que les deux tiers des entorses à la cheville
explorées par arthrographie (n=239) présentaient une atteinte isolée du ligament talo-
fibulaire antérieur et que 17% d'entre elles avaient une atteinte combinée des ligaments
talo-fibulaire antérieur et caIcanéo-fibulaire(4i). Comparée à TELC, l'entorse de type tibio-
fïbulaire inférieure a un parcours de récupération plus hétérogène et plus lent puisqu'elle
amène à une perte de l'intégrité de la mortaise tibio-fibulaire(46;47).
La sévérité de l'entorse, c'est-à-dire de la lésion ligamentaire, se qualifie par un système de
gradation à trois niveaux. Le grade de l'entorse peut être déterminé à partir de mesures
cliniques et radiographiques(45;48;49). Les grades 1 et 2 d'entorses représentent
respectivement un étirement ou des déchirures partielles des fibres composant le ou les
ligaments. Les entorses de grade 1 et 2 ont une évolution clinique favorable et comparable
en termes de durée et qualité de la récupération (47;50;5i). L'entorse de grade 3 réfère à une
déchirure complète des fibres ligamentaires. Ces entorses ont une récupération
fonctionnelle plus lente et nécessite parfois un recours à la chirurgie^ i). Enfin, on définit
aussi l'entorse en fonction qu'il s'agit d'un premier épisode ou d'une récidive. Aucune
évidence quant à l'influence d'épisode antérieur d'entorses sur la récupération fonctionnelle
n'a été rapportée. L'absence d'évidence peut être supportée par la difficulté à définir
objectivement un critère jugeant de l'importance et de la sévérité de l'épisode antérieur (un
fait qui est relaté subjectivement par l'individu blessé).
1.2.4 Récupération fonctionnelle post-ELC
Suite à TELC, les individus blessés par entorse ont une récupération fonctionnelle rapide au
cours du premier mois post-lésion(so). La douleur diminue rapidement au cours du premier
mois, mais elle persiste dans 33 % des cas au-delà de la première année post-entorse(i6). À
un an, l'intensité de la douleur résiduelle lors d'activités sportives telle la course peut
atteindre 1,6 ± 2,8 sur 10 sur l'échelle visuelle analogue^). La mobilité active en flexion
dorsale s'améliore significativement au cours du premier mois post-entorse dès que la
phase inflammatoire est résorbée<53). Par contre, il a été rapporté qu'un mois post-entorse,
de légers déficits d'amplitude articulaire à la cheville, une faiblesse en flexion plantaire et
des limitations fonctionnelles persisteraient(so).
Le nombre de jours post-traumatisme moyen avant le retour au sport varie entre 12 à 43
jours(54). Ainsi, après six semaines, la majorité des individus avec ELC sont de retour au
sport et ont obtenu leur congé de physiothérapie^). Un an post-entorse, la récupération
subjective des individus ayant eu une entorse a été évaluée à 87%, c'est-à-dire 8,7± 2,1/10
sur une échelle visuelle analogue^) Malgré une récupération rapide dans les premières
semaines post-ELC et une excellente récupération fonctionnelle un an post-entorse,
plusieurs études ont rapporté que certains individus ayant eu une ELC sont à risque de
séquelles chroniques et de récidives d'entorses(6;i4;i5;i8;47;55). L'étude de la condition de la
cheville après le retour au sport, soit vers huit semaines post-entorse, semble une période
intéressante pour mesurer les séquelles persistantes vue la présence limitée de signes et
symptômes locaux (douleur et gonflement).
Tel qu'introduit précédemment, Tune des manifestations cliniques de ces séquelles est le
syndrome d'instabilité à la cheville (mécanique ou fonctionnelle) présent chez jusqu'à 34%
des personnes ayant eu une ELQ16). Selon certains auteurs, l'instabilité chronique à la
cheville serait définie selon trois dimensions de signes et symptômes possibles: l'instabilité
perçue, les récidives récurrentes et l'instabilité mécanique(55;56). L'instabilité fonctionnelle,
celle perçue, est caractérisée par des dérobades et des récidives d'entorses et ce, sans signe
d'instabilité articulaire (instabilité mécanique). La présence du syndrome d'instabilité à la
cheville est préoccupante au plan clinique car des chercheurs ont rapporté qu'il pourrait
compromettre l'intégrité articulaire de la cheville à moyen et long terme(56;57).
1.3 Modification du contrôle moteur suite à une ELC Des altérations du contrôle moteur ont été constatées chez les personnes blessées par
entorse à la cheville à la fois lors des premières semaines post-lésion ainsi qu'à plus long
terme(55;58). Elles sont associées, selon plusieurs auteurs, à la perception d'instabilité de la
cheville des individus blessés par entorse(20;22;56;59;60). De façon intéressante, ces altérations
du contrôle moteur ont été identifiées non seulement lors de tâches réalisées sur le membre
inférieur lésé, mais aussi notées sur le membre inférieur non lésé.
Chez les individus avec instabilité fonctionnelle ou entorses récurrentes, certaines tâches
fonctionnelles ont permis de mettre en évidence des altérations de contrôle moteur: la
station unipodale (grandeur ou vitesse des oscillations posturales augmentée)(9;iO;26;29;6i), la
marche(23;62-66), la course(63;63;67) et la réception de saut(55;62;67-70). Par exemple, lors de la
réception d'un saut, les personnes ayant des séquelles d'entorse prenaient davantage de
temps pour se stabilisent). De plus, des changements au niveau des patrons d'activation
musculaire aux membres inférieurs et au tronc ont été notés dans cette même
population(677i) lors de la réception d'un saut sur un plan incliné ou lors d'une tâche
dynamique(69;72;73). Suite à une perturbation externe (soudaine inversion de la cheville de 50
degrés, imposée par une trappe au sol, lors de la marche), un changement d'activation
musculaire (latence) par rapport à un groupe témoin a aussi été notée au niveau des muscles
éverseurs(74;75). Par contre, une diminution du temps de réaction des muscles péroniers après
ce type de perturbation demeure controversé selon les résultats d'une récente revue
systématique(i2;76). Ainsi la persistance de différents patrons d'activation musculaire
observée à long terme, dans diverses tâches fonctionnelles chez les participants percevant
une instabilité fonctionnelle à la cheville, pourrait témoigner d'un changement de stratégie
motrice (réorganisation motrice centrale) après TELC. Cette hypothèse de réorganisation
centrale est aussi fortement supportée dans la littérature pour la population avec ELC par la
présence d'altérations du contrôle moteur liées au membre inférieur non Iésé(i3;i9;2i;6i).
1.3.1 Modèle supportant la réorganisation motrice centrale suite à une
ELC
La bilatéralité des altérations du contrôle moteur et la persistance de l'instabilité
fonctionnelle pourraient être expliquées par un changement central du contrôle moteur, en
particulier un changement situé au niveau supraspinal^). En effet, les modifications de
stratégie motrice mises en évidence suite à TELC peuvent provenir d'un changement dans
la planification (sélection de la stratégie motrice), la perception, l'intégration sensori-
motrice ou l'exécution motrice (Figure 1.1). La réussite d'une tâche motrice complexe
regroupant plusieurs stratégies motrices est possible grâce à l'intégrité du système nerveux,
et des systèmes neuromusculaire, somato-sensoriel, moteur, visuel, vestibulaire et
articulaire (squelettique). En effet, tous ces systèmes travaillent de concert afin de permettre
une intégration sensori-motrice spinale et supraspinal optimale pour réaliser une tâche
dans un environnement donné.
Afin de mieux comprendre l'origine de la réorganisation centrale motrice suite à l'entorse
de la cheville, nous ferons un survol des connaissances actuelles en contrôle moteur
impliquant les structures supraspinales. Tel que démontré par la Figure 1.1, le contrôle
moteur est le résultat d'une interaction à plusieurs niveaux de contrôle des différents
8
systèmes impliqués : les systèmes nerveux central et périphérique ainsi que les systèmes
sensoriels et moteurs.
y ce
f
O
U
<
<
Modèle interne inverse Modèle inter
anticipa to ire
Modulation de la / commande motrice (APA)
Intégration sensori-
)>- motrice sup raspinale
V
__
.s a, ë
Patrons d'activation neuromusculaire
■••■ = synapses diverses
Intégration sensori-
motrice spinale
4 Afférence sensorielle
Effecteur moteur
Stratégie motrice Figure 1.1 : Composantes impliquées dans le contrôle d'une tâche motrice complexe dans un environnement donné.
Plusieurs structures supraspinales sont impliquées dans le contrôle d'une tâche motrice
complexe. D'abord, les évidences actuelles supportent la présence de modèles internes au
sein du système nerveux central. Il s'agit d'une organisation préstructurée de commandes
centrales qui permet le contrôle du mouvement et la planification motrice<77-79). Il existe
deux principaux types de modèle interne : le modèle interne inverse (« internai inverse
model ») et le modèle interne anticipatoire (« internal forward model »). Grâce au premier
type de modèle interne, l'individu détermine la commande motrice à effectuer en fonction
des conséquences motrices désirées (par exemple, atteindre un objet). Ces conséquences
reflètent le but qu'il poursuit. Ce niveau de planification motrice est inscrit dans un modèle
interne inverse. Cette planification est toutefois modulée dans le tronc cérébral par le
modèle interne anticipatoire en provenance du cervelet(77). De cette modulation de la
commande motrice découle la commande motrice anticipatoire (« feedforward motor
command »). C'est le modèle interne anticipatoire qui met en place, pour une commande
motrice donnée, les ajustements posturaux adaptés à la tâche effectuée dans un certain
contexte.
Le modèle interne anticipatoire prédit les conséquences sensorielles secondaires à la
commande motrice envoyée^). La différence entre cette prédiction et les conséquences
réelles de la commande motrice permet la mise à jour du modèle interne inverse. Le modèle
anticipatoire, situé dans le cervelet, est dérivé de l'expérience antérieure (intégration
sensori-motrice antérieure) de l'individu à l'endroit de la même tâche motrice complexe ou
d'une tâche similaire ainsi que des informations sensorielles disponibles avant l'exécution
de la tâche<78). Les structures supraspinales sont impliquées dans l'intégration des
informations visuelles, somato-sensorielles des fuseaux neuromusculaires et vestibulaires
(accélérations angulaires et linéaires) pendant et après le mouvement(so). Ainsi, un individu
qui aura été exposé à une tâche au préalable, aura une meilleure performance moins
variable dans le temps qu'un individu n'ayant pas été exposé. Dans un contexte
d'évaluation de la qualité du contrôle moteur d'un individu, il est par conséquent important
de s'assurer d'exposer les participants à la tâche motrice évaluée, afin qu'ils soient
familiers avec celle-ci. Ceci est d'autant plus important lorsque la stabilité posturale est
compromise au cours d'une tâche nécessitant une planification élaboréesi;82). En effet, il a
été démontré que lors de tâches simples d'équilibre, l'augmentation de la stabilité de la
cheville proviendrait principalement de cette capacité d'anticipation (modèle interne
anticipatoire) et non de l'intégration sensori-motrice pendant l'exécution de la tâche elle-
même<83;84).
10
1.3.2 Afférences sensorielles altérées lors des premières semaines post
entorse
Tel que rapportée précédemment dans l'évolution clinique de TELC, une altération des
informations sensorielles est présente lors des premières semaines suivant le traumatisme.
Ces altérations sensorielles provoquent une réorganisation de l'intégration sensori-motrice
qui se situe au niveau spinal et supraspinal. À ce jour, plusieurs études ont rapporté
l'influence d'altérations ou de changements sensoriels périphériques sur l'activité
musculaire suite à une blessure. Par exemple, il est connu que la présence de douleur(85;86)
et d'oedème (saturation des récepteurs cutanés)(87), ainsi qu'une perte d'intégrité des
mécanorécepteurs ligamentaires et articulaires(88;89) influencent les effecteurs moteurs
(muscles). Chez la population avec instabilité à la cheville, des déficits au niveau des
muscles au pourtour de la cheville et du sens de la position (proprioception) ont d'ailleurs
été identifiés plusieurs mois post-entorse(9;i0;i2;26;59;90;9i).
La réorganisation centrale du contrôle moteur après TELC pourrait conséquemment
s'expliquer par des changements moteurs persistants découlant d'altérations initiales dans
l'intégration sensori-motrice. La répétition d'un patron anormal de mouvement suite à la
blessure favoriserait le maintien de ces changements(79). Ces changements centraux
pourraient influencer à la fois l'anticipation, le recrutement, la coordination musculaire ou
la sélection de la stratégie motrice(92). En support à cet énoncé, l'adoption de stratégies
motrices segmentaires modifiées qui perdure dans le temps a été démontrée chez les
individus ayant eu une ELC(62;63;67;70;73;93). Une réorganisation centrale motrice a aussi été
documentée pour d'autres atteintes musculosquelettiques. Par exemple, certaines études ont
démontré une modification de la représentation corticale motrice d'un muscle (transverse
de l'abdomen) lors de douleurs lombaires chroniques(85;86).
Ainsi, il est plausible que les informations sensorielles altérées laissent une emprunte dans
la sélection de la stratégie motrice ou au niveau des modèles internes opérationnalisant la
commande motrice(23;84). Cette réorganisation centrale du contrôle moteur a le potentiel de
modifier à long terme et bilatéralement la commande motrice tel que documenté suite à
TELC. D'où l'intérêt d'étudier la qualité du contrôle moteur suite à une ELC et ce, au
11
niveau des deux membres inférieurs. L'évaluation d'une tâche motrice complexe sollicitant
les structures supraspinales, soit celles impliquées dans l'élaboration de la commande
motrice envoyée aux effecteurs moteurs, semble aussi des plus appropriés. Enfin, l'étude
des stratégies motrices mises de l'avant par un individu permet d'apprécier le résultat de
l'ensemble des processus mis en place pour contrôler et produire le mouvement. Les
stratégies motrices sont en conséquence le reflet de l'intégrité des systèmes contributifs au
mouvement, et un bon indicateur de la qualité du contrôle moteur. Elles seront utilisées
dans ce mémoire pour juger de la qualité du contrôle moteur des personnes avec ELC.
1.4 Les caractéristiques essentielles d'une tâche motrice
complexe utilisée pour étudier la qualité du contrôle moteur Afin d'optimiser la détection de changements de stratégies motrices, la tâche motrice
utilisée pour évaluer la qualité du contrôle moteur doit avoir un haut niveau de complexité
afin de solliciter les structures supraspinales. Comme souligné précédemment, les
structures supraspinales sont très sollicitées lors de tâche volontaire nécessitant une
intégration sensori-motrice (perception et coordination) et planification motrice élaborées.
De plus, la complexité d'une tâche peut être appréciée par des caractéristiques telles le
nombre de segments impliqués, le niveau de stabilité requis, l'ampleur des mouvements
réalisés et leur vitesse d'exécution.
1.4.1 Planification motrice
Le niveau de complexité de planification motrice requis lors de la réalisation d'une tâche
peut être accentué par la présence d'un but et d'une perturbation au cours de celle-ci. Une
bonne planification débute par la capacité de bien percevoir l'environnement à partir des
informations sensorielles disponibles et de leur intégration (via la vision, le système
somatosensoriel, le système vestibulaire et le schéma corporel) lors d'une tâche
d'atteinte(94;95). L'orientation de la tâche vers un but précis augmente l'importance de la
justesse (diminution d'erreurs acceptées) des perceptions sensorielles et de leur intégration
en limitant la réussite aléatoire. Ainsi, un but précis lors d'une tâche globale impliquant le
corps en entier oblige le participant à synchroniser adéquatement les différents patrons
d'activation neuromusculaire nécessaires à la réussite de la tâche.
12
La perturbation complexifie la tâche en compromettant la stabilité. Un bon équilibre (état
de stabilité dynamique) consiste à la fois en la capacité d'anticiper et d'éviter la perte
d'équilibre qu'en la capacité de le récupérer suite à une perturbationo). Les réactions
d'équilibre et les ajustements posturaux anticipatoires mis en place jouent un rôle dans la
récupération et au maintien de Téquilibre(96-ioo). La perturbation peut être d'origine interne,
associée à un mouvement volontaire du corps, ou d'origine externe, provenant d'une force
externe appliquée sur le corps. L'effet de la perturbation interne est modulé par la capacité
du participant à anticiper et à planifier les répercussions de celle-ci sur le but visé dans un
certain contexte (qualité du modèle interne anticipatoire). En effet, les perturbations
internes tiennent compte de 1) l'interaction existant entre les systèmes physiologiques de
l'individu, 2) les exigences de la tâche et 3) les contraintes de Tenvironnement(i). Une
bonne planification motrice permettra au participant de coordonner adéquatement ses
segments corporels afin de maintenir sa stabilité. Cette coordination s'illustre par le
maintien de la projection de son centre de masse (CoM) corporel à l'intérieur de la base de
support (BoS) et au contrôle de sa vitesse lors d'une tâche ayant une BoS
stationnaire(92;99;ioi;i35). La BoS stationnaire est souvent délimitée par le contour des pieds
qui sont en contact avec l'environnement. Ce n'est, par contre, pas sur l'ensemble de cette
surface que le centre de pression peut circuler sans risquer de faire perdre l'équilibre
postural. La BoS fonctionnelle représente la partie de la BoS où circule le centre de
pression avant que la perte d'équilibre soit atteinte; soit la limite avant que la personne
réalise un pas de recouvrement. Cette frontière est délimitée par les limites de stabilité.
L'ajout d'une perturbation externe met davantage l'emphase sur la capacité de l'individu à
réagir à un stimulus dans un contexte de stabilité. Elle a été largement utilisée et elle est
habituellement administrée sous forme de traction, de poussée du corps ou à l'aide d'un
environnement instable (base mobile ou translative)(97;io2;io3). Elle peut être accompagnée
ou non d'un mouvement volontaire de l'un des segments corporels. Ces modèles
expérimentaux permettent, entre autres, d'identifier les limites de stabilité d'un individu
identifiées par la sortie de la projection du CoM du corps des limites de la BoS. Les limites
de stabilité sont influencées par les contraintes biomécaniques d'un corps soit l'orientation
des forces (muscles), les degrés de liberté disponibles ainsi que les axes de mouvement
13
(articulations). Les perturbations externes sont habituellement peu prévisibles et appliquées
de façon aléatoire, ce qui permet l'étude de mécanismes neurophysiologiques spécifiques.
Comparativement aux perturbations externes, les perturbations internes laissent une grande
place à la qualité de la perception de l'environnement et du corps ainsi qu'à la qualité de la
planification de la tâche motrice complexe par l'individu.
Un bon exemple de tâche motrice qui explore l'effet d'une perturbation interne et qui
nécessite une bonne planification motrice est le Test Functional Reach. Ce test a d'ailleurs
été développé pour une population âgée à risque de chutes. Lors du Test Functional Reach,
le participant doit projeter ses membres supérieurs dans une direction prédéterminée afin
d'atteindre une distance maximale (perturbation interne) en maintenant un base de support
stationnaire (bipodale). Cette perturbation permet d'identifier la limite de stabilité
« perçue » de l'individu contrairement à la limite de stabilité réelle habituellement évaluée
à l'aide d'une perturbation externe(i04;io5). La limite de stabilité « perçue » est la zone la
plus excentrée de la BoS à laquelle un individu déplace son centre de pression (CoP) lors
de la projection de son membre supérieur et ce, tout en demeurant stable(ios;i06). Le
principal indicateur de performance au test est la distance maximale atteinte (DMA). Une
étude a démontré une forte association entre la DMA et la limite de stabilité perçue par
Tindividu(i04). Une version modifiée du Test Functional Reach, le Test Multi-direction
Reach, où quatre différentes directions d'atteinte sont évaluées(i07;i08), s'apparente au Star
Excursion Balance Test (SEBT); un test largement utilisé avec la population sportive post
entorse.
1.4.2 Exigences motrices propres à une tâche motrice complexe au
membre inférieur
L'exigence en contrôle moteur d'une tâche sollicitant le membre inférieur différera selon la
mobilité, la coordination intersegmentaire et le niveau de stabilité nécessaires. L'exigence
en termes de stabilité, en plus de l'effet de la perturbation discuté précédemment, est
inversement proportionnelle à la dimension de la BoS. Le participant parvient à demeurer
stable sur une base de support réduite en relocalisant la projection du CoM global de son
corps sur la BoS à l'aide du mouvement coordonné des différents segments corporels(i09).
14
Ainsi, l'appui unipodal oblige le participant à contrôler le déplacement du CoM de façon
plus précise et sur une aire de déplacement réduite. À l'aide d'une tâche de maintien de la
station unipodale, des études ont démontré une diminution du contrôle moteur des
participants avec ELC à partir d'une variable cinétique, le centre de pression(9;i0;20;iio-ii3).
Une tâche nécessitant simultanément des mouvements de grandes amplitudes aux membres
inférieurs augmente aussi l'exigence motrice. Les mécanorécepteurs articulaires et les
fuseaux neuromusculaires ont, par exemple, une contribution accrue dans la boucle de
rétroaction du contrôle moteur lors de mouvements amples (fin d'amplitude articulaire).
Hors, il a été noté, chez la population avec ELC, que certains individus ont une douleur et
une limitation en flexion dorsale en mise-en-charge qui persistent jusqu'à six mois post-
entorse(iô). Il semble donc pertinent d'évaluer une tâche nécessitant une mobilité importante
en flexion dorsale de la cheville.
En plus d'augmenter les exigences de stabilité, les mouvements amples et l'action
simultanée des membres inférieurs accroissent les exigences en termes de coordination
intersegmentaire et le nombre de degrés de liberté impliqués. Le participant doit ainsi
coordonner différents patrons d'activation musculaire segmentaires simultanément
augmentant ainsi les exigences motrices. De plus, un grand nombre de degrés de liberté
(nombre de plan de mouvement disponible) lors de la tâche permet au participant d'utiliser
une variété de stratégies motrices pour une même tâche donnée tel que démontré avec le
membre supérieur(ii4). Cette grande variété de stratégies possibles accroît l'importance
d'une bonne planification et pourra permettre de discriminer davantage les individus avec
ou sans altération du contrôle moteur.
Chez la population avec ELC, le test qui réunit plusieurs de ces caractéristiques est aussi
largement utilisé : le Star Excursion Balance Test (SEBT). Dans les prochaines sections,
nous vous décrirons en quoi ce test répond à nos critères au plan méthodologique et en
termes d'exigence motrice.
15
1.5 Pertinence du SEBT pour évaluer la qualité du contrôle
moteur Le SEBT est une tâche motrice complexe tout à fait appropriée pour évaluer la qualité du
contrôle moteur chez la population avec ELC. Il possède de bonnes qualités métrologiques
et les caractéristiques essentielles d'une tâche motrice complexe pour l'évaluation de la
qualité du contrôle moteur.
Le SEBT consiste en une tâche d'atteinte avec un membre inférieur qui nécessite, en plus
d'une bonne planification du mouvement, des mouvements amples et simultanés des deux
membres inférieurs ainsi que le maintien d'une stabilité relative en appui unipodal. Ce test
a été d'abord introduit dans la littérature par Kinzey et Armstrong en 1998(ii5). Le test
comprenait alors huit directions d'atteinte pour chaque membre inférieur. Il a été largement
utilisé pour évaluer la qualité du contrôle moteur des personnes avec ELC et
occasionnellement chez une population avec atteintes au genou(ii6ji7). Une version
simplifiée a été proposée par Hertel et al. en 2006 suite à la démonstration de la
complémentarité et la non redondance des directions d'atteinte étudiées pour la population
avec ELC(28). Dans cette version simplifiée du SEBT, le participant doit toucher le sol avec
le bout du pied, sans transfert de poids, aussi loin que possible dans seulement trois
directions d'atteinte (antéromédiale, médiale and postéromédiale), tout en maintenant son
équilibre sur le membre contralateral. La variable indicatrice de performance au test est la
distance maximale atteinte (DMA) observée par un évaluateur. Celle-ci est ensuite
normalisée par la longueur du membre inférieur d'atteinte ou par la taille du participant afin
de contrôler l'influence des caractéristiques anthropométriques sur la DMA(ii8).
1.5.1 Les exigences du S E B T en regard du contrôle m o t e u r
1.5.1.1 Exigence au niveau de la planification
Cette tâche nécessite une planification motrice élaborée pour l'atteinte du but (DMA). Le
SEBT met l'accent sur l'aptitude du participant à évaluer adéquatement, avant le début de
la tâche, les capacités de ses systèmes à aller le plus loin possible sans perdre Téquilibre
ainsi qu'à retrouver l'état de stabilité de base (en station unipodale) au retour de la
perturbation interne induite. En effet, après l'atteinte de la DMA, le participant doit
16
demeurer stable durant une seconde en appui unipodal et éviter de changer sa BoS suite à la
perturbation interne (critère de réussite). La transition entre les deux sous-tâches du SEBT
(l'aller et le retour de la DMA) est une période critique et exigeante au plan du contrôle
moteur et de la planification motrice. Cette période autour du toucher à la DMA, nommée
zone centrale au cours de ce mémoire, permet d'apprécier les principales stratégies
motrices mises en place lors de la tâche afin d'atteindre le but.
Ainsi, lors de la planification de la tâche du SEBT, le « modèle interne inverse » sera
sélectionné à partir du but poursuivi (commande motrice). Il est à noter que le but de la
tâche du SEBT est précis (direction d'atteinte précise) ce qui accroît le besoin d'une
planification motrice efficace. Le participant explorera différentes stratégies lors des essais
de pratique afin de sélectionner celle, propre à ses systèmes, qui maximisera et qui
caractérisera sa performance lors de la tâche. Les essais de familiarisation nous permettent
d'étudier le contrôle moteur en évitant de mesurer l'apprentissage moteur du participant. La
capacité du participant à estimer la perturbation maximale permise avant une perte
d'équilibre réfère à la qualité du modèle interne anticipatoire. Le besoin d'une planification
motrice élaborée réside aussi dans le fait que la tâche se déroule dans un contexte
environnemental peu contraignant. Le milieu d'évaluation est peu contraignant puisque le
participant peut 1) utiliser ses membres supérieurs et son corps entier lors de la tâche, et 2)
atteindre la DMA de la manière qu'il le souhaite (le long du sol ou en arc de cercle). Cette
non contrainte dans la manière d'atteindre la DMA permet une variété de stratégies
possibles et augmente l'importance d'un bon choix de stratégie motrice (planification
motrice) tel qu'expliqué précédemment.
1.5.1.2 Exigence en termes de stabilité
La stabilité est nécessaire tout au long de la tâche du SEBT et représente même l'enjeu
principal de la réussite d'un essai. Tout d'abord, la station unipodale, une base de support
réduite, augmente la difficulté de maintenir la stabilité tel que discuté précédemment. De
plus, la stabilité est compromise par le but même de la tâche (distance maximale atteinte)
qui représente une perturbation interne. En effet, le but de la tâche, qui est de projeter le
membre d'atteinte aussi loin que possible, amène une perturbation interne qui peut
17
compromettre la stabilité. De plus, lors du toucher et ce, en même temps qu'il se trouve en
stabilité précaire, le participant doit réaliser un toucher précis en évitant une mise en charge
trop prononcée ou un double toucher. Cette exigence augmente la nécessité d'une bonne
stabilité à travers la capacité d'avoir une attention partagée (double tâche) et une intégration
sensori-motrice efficace. Le maintien de la stabilité est influencé par la capacité du
participant à contrôler la vitesse du déplacement de ses membres, de réaliser une
coordination multi-membre, de même que la coordination grossière de l'ensemble du
COrpS(l 19-121).
1.5.1.3 Mouvements amples et combinés des deux membres inférieurs
Le mouvement combiné des membres inférieurs lors de la tâche SEBT demande un bon
contrôle neuromusculaire via une coordination intersegmentaire précise et une bonne
intégration sensori-motrice (la proprioception et l'orientation dans l'espace). Le participant
doit coordonner les mouvements segmentaires des deux membres inférieurs s'influençant
de façon simultanée. Cette coordination est d'autant plus essentielle car la station unipodale
utilisée lors de la tâche permet l'utilisation d'un plus grand nombre de degrés de liberté que
lors de la station bipodale, en particulier à la hanche dans les plans transversal et frontal.
Une bonne coordination intersegmentaire se manifeste aussi par la capacité du participant à
faire une discrimination posturale (changement de position du CoM) et à intégrer les
indices sensoriels (réponse integrative).
De plus, lors du SEBT cette coordination intersegmentaire doit être orientée dans
l'environnement, le montage expérimental, ce qui amplifie l'influence d'une bonne capacité
perceptuelle sur la performance. En effet, particulièrement lors du toucher, le participant
doit adopter une bonne orientation entre ses segments, son corps et l'environnement, car
l'atteinte d'une distance maximale doit être réalisée vis-à-vis le ruban indiquant la direction
d'atteinte. Une étude a même noté qu'une coordination de l'orientation tête-tronc adéquate
est directement reliée au succès d'une tâche impliquant le membre inférieure 122). Ainsi, en
augmentant le nombre de segments impliqués, nous amplifions à la fois les exigences de
stabilité, de mobilité (coordination intersegmentaire) et la variétés de stratégies possibles
lors de la tâche(i23).
18
1.5.1.4 Exigence musculosquelettique
Finalement, la tâche du SEBT requiert un système musculo-squelettique performant vues
les exigences musculaires et de mobilité reliées à son exécution. Ainsi, les exigences
musculaires (force dynamique et statique) sont accrues par rapport à la station bipodale
pour le membre inférieur en appui, soutenant le poids de tout le corps durant le squat
unipodal (triple flexion du membre inférieur)(30;i24-i26). Une bonne mobilité articulaire du
membre inférieur en appui est aussi nécessaire lors du toucher^), notamment à la cheville
qui se retrouve en fin de flexion dorsale et en position de compression articulaire
importante. Certains chercheurs ont même rapporté qu'un déficit persistant de flexion
dorsale à la cheville(i6) a le potentiel d'influencer la performance au SEBT(i27). De plus,
l'action simultanée des deux membres inférieurs dans des mouvements amples exige une
bonne flexibilité statique et dynamique(79).
1.5.2 Propriétés métrologiques du test
Le SEBT est un test très intéressant, car ses propriétés métrologiques, telles la fidélité, la
sensibilité au changement et la validité, ont été largement documentées. La fidélité intra et
inter-évaluateurs au cours d'une même session d'évaluation ou inter sessions sont très
bonnes (coefficient corrélation intraclasse : ICC >0,84)(i28;i29) exceptée pour une étude où
elle est qualifiée de bonne (ICC= 0,67-0,87)(ii5). Il a été démontré que la DMA au SEBT
permet aux évaluateurs de: 1) mesurer les altérations du contrôle moteur au cours de
différentes phases de récupération suite à TELC et au sein de différentes
populations(8;i3;25;3i;i30;i3i); 2) discriminer la performance entre les genres (hommes et
femmes)(ii8) et 3) mesurer un changement de performance après une intervention pour
différentes populationS(26;29;33;132-134).
Malgré l'usage répandu de ce test dans la littérature, la validité concomitante de la DMA
estimée visuellement, principale variable indicatrice de la performance au SEBT, comparée
à une mesure étalon n'a jamais été documentée. Il semble aussi important de souligner
l'utilisation dans la littérature de différents types de normalisation de la DMA ayant pour
but de contrôler l'influence des caractéristiques anthropométriques sur cette mesure. La
validité discriminante de la DMA normalisée à partir de différents paramètres
19
anthropométriques (longueur des membres inférieurs et taille du participant) n'a toutefois
jamais été comparée. Etant donné la sollicitation de l'ensemble du corps lors du test, il
serait plausible qu'une normalisation par la taille permette de mieux contrôler l'influence
des différences interindividuelles au plan anthropométrique. La normalisation par la
longueur des membres inférieurs est toutefois celle la plus largement répandue actuellement
dans la littérature. Le volet 1 de ce mémoire consistera donc à poursuivre l'étude des
qualités métrologiques du test SEBT au plan de sa validité concomitante et discriminante.
1.6 Variables pour quantifier la qualité du contrôle moteur
lors du SEBT 1.6.1 Variables globales
Les connaissances actuelles en contrôle moteur et sur la récupération suite à une ELC nous
amènent à orienter notre analyse vers des variables pouvant refléter la qualité du contrôle
moteur lors d'une tâche globale et complexe. Les variables de stratégie globale ont le
potentiel de documenter l'organisation globale du mouvement, un reflet de la planification
motrice, en tenant compte de la contribution de tous les segments. Lors d'une tâche
exigeante en termes de stabilité, amenant le participant à la limite de stabilité perçue telle la
tâche du SEBT, le centre de masse corporel (CoM global) semble être Télément à contrôler
afin de maintenir Téquilibre(i35). Une compréhension approfondie des différences de
stratégies motrices, que sous-tendent les différences de performance au SEBT, semble
intéressante afin d'expliquer la performance. Le comportement du CoM global peut être
évalué plus directement par des variables de cinématique ou indirectement par le
comportement du centre de pression (CoP), calculé à partir de variables cinétiques.
Plusieurs études ont utilisé des variables de la cinématique segmentaires et globales afin de
d'accroître les connaissances relatives au contrôle moteur(i36-i39). Le calcul du CoM du
corps provient d'un modèle qui estime l'emplacement moyen de toutes les masses d'un
corps en deux ou trois dimensions. Une analyse du mouvement tridimensionnelle du CoM
semble davantage appropriée, comparée à une analyse bidimensionnelle, vue la nature
tridimensionnelle du mouvement lors de la tâche du SEBT.
20
Une autre variable utilisée à ce jour est le CoP. Cette variable provient d'un calcul
combinant l'influence du mouvement de la projection du CoM du corps et de l'activité des
muscles utilisés pour maintenir l'équilibre. Le CoP a principalement été utilisé lors de tâche
relativement stationnaire tel le maintien de l'appui unipodal ou bipodal. L'excursion du
CoP et sa vélocité ont été largement étudiées chez des populations âgées et des sportifs
avec ELC(9;20;i40-i43). Chez la population sportive, la vélocité du CoP en fonction de la base
de support a aussi permis de différencier des groupes avec une instabilité à la
cheville(9;iO;20;iio-ii3;i4i). Par contre, le CoP demeure une manifestation générale de la
qualité du contrôle moteur qui se situe dans un plan (horizontal) et qui ne nous renseigne
pas sur l'organisation du mouvement. Ainsi, Tétude directe du comportement du CoM dans
les trois plans (3D) semble davantage pertinente afin de caractériser la qualité du contrôle
moteur lors du SEBT.
1.6.2 Variables segmentaires
En plus des stratégies globales, il semble intéressant de documenter les stratégies
segmentaires qui y sont associées. En effet, ces informations permettraient de mieux
comprendre les stratégies motrices utilisées et d'identifier les altérations plus spécifiques
aux individus avec ELC.
La position et la vitesse du CoM global du corps sont influencées par le comportement
tridimensionnel des différents segments corporels. En effet, ces segments corporels ont la
capacité de faciliter la récupération de l'équilibre (l'état de stabilité) en diminuant la vitesse
et le déplacement du centre de masse (CoM)(ii9;i38;i39;i44). À partir des variables de la
cinématique, il a été démontré que la flexion du genou, le déplacement du tronc et que
l'usage des membres supérieurs(i37-i39) ont un impact sur le maintien de la stabilité sur base
mobile. Dans la tâche du SEBT, les membres supérieurs, le tronc, la tête, le membre
inférieur d'atteinte et en appui ont ainsi le potentiel d'influencer le contrôle du mouvement
du CoM global. À ce jour, certaines différences de stratégies segmentaires ont été
rapportées chez les participants avec instabilité à la cheville lors du SEBT(30;3i;i25). L'étude
de Robinson et al (2008) a permis de mettre en évidence l'influence de stratégie
segmentaire sur la performance au SEBT chez des participants sains(i45). Jusqu'à 95% de la
21
variance des DMA a été expliquée par une diminution de flexion combinée du genou et de
la hanche lors du SEBT. Par contre, ces variables de stratégie segmentaire n'ont jamais été
associées à des variables de stratégie globale.
En résumé, à ce jour, les stratégies motrices globales utilisées lors du SEBT n'ont pas été
décrites. Les associations entre les stratégies globales et la performance au test (DMA) ou
les stratégies segmentaires n'ont pas été étudiées. Par ailleurs, aucune étude ne s'est
intéressée à caractériser la qualité du contrôle moteur de participants avec ELC à partir de
ces variables. C'est pourquoi, dans le deuxième volet de ce mémoire, nous nous
intéresserons à identifier des indicateurs de stratégies motrices (globale et segmentaire)
mises en place pour réaliser la tâche afin d'évaluer la qualité du contrôle moteur des
personnes avec ELC.
1.7 Objectifs / hypothèses Ce mémoire comprend deux volets. D'abord l'étude de la validité concomitante et
discriminante du SEBT puis la quantification de la qualité du contrôle moteur à l'aide du
SEBT chez une population militaire avec ou sans entorse latérale de la cheville.
Volet 1
Les objectifs du volet 1 de ce mémoire sont :
1.1) évaluer la validité concomitante entre la mesure de la distance maximale atteinte par
estimation visuelle et la mesure étalon (obtenue à partir d'un système de capture du
mouvement en 3D) chez une population militaire avec et sans ELC dans les différentes
directions d'atteinte du SEBT,
1.2) évaluer la validité discriminante de la distance maximale atteinte normalisée entre
deux groupes de militaires avec ou sans ELC (8-10 semaines post-trauma),
1.3) vérifier l'effet d'une normalisation par la taille de la distance maximale atteinte au
SEBT sur la validité discriminante du test.
22
Volet 2
Les objectifs du volet 2 de ce mémoire sont :
2.1) comparer la qualité du contrôle moteur à partir de variables indicatrices de la stratégie
globale au SEBT pour deux groupes de militaires avec ou sans ELC,
2.2) évaluer l'association entre les variables indicatrices de la stratégie globale et la
performance au SEBT,
2.3) identifier les variables indicatrices de la stratégie globale au SEBT qui estiment le
mieux la performance au SEBT dans les différentes directions d'atteinte et pour chaque
groupe,
2.4) évaluer la contribution des segments corporels (stratégie segmentaire) à la stratégie
globale adoptée lors du SEBT dans les différentes directions d'atteinte et pour chaque
groupe.
Les hypothèses de recherche sont:
Volet 1
Hl. La validité concomitante de la mesure de la distance maximale d'atteinte estimée
visuellement et par le système Optotrak lors du SEBT sera excellente (ICC>0,9)
H2. Le test SEBT permettra de discriminer les militaires sans entorse (groupe témoin) des
militaires avec une entorse latérale de la cheville qui auront une moins bonne performance
(distance maximale atteinte normalisée) au test.
Volet 2
H3. Les militaires avec une entorse latérale de la cheville utiliseront des stratégies globale
et segmentaires lors de la tâche SEBT différentes de celles des militaires sans entorse
(groupe témoin).
CHAPITRE 2 : METHODOLOGIE GENERALE Dans ce chapitre, la population cible, l'échantillon, le devis expérimental, les variables
étudiées, les procédures d'évaluation et d'analyse des données seront présentés. Les
analyses descriptives et interférentielles détaillées rattachées aux volets 1 et 2 de ce
mémoire seront présentées aux chapitres 3 et 4 dans chacun des manuscrits scientifiques.
2.1 Populations cibles et échantillons Les populations cibles à l'étude étaient les militaires avec et sans entorse latérale de la
cheville (ELC). Les échantillons de participants ont été sélectionnés à partir des critères
de sélection qui suivent.
2.1.1 Participants avec ELC
a. Critères d'inclusion
1. Avoir un diagnostic d'ELC confirmé à partir des 2 critères suivants :
a) Histoire de traumatisme en inversion de la cheville;
b) Douleur d'intensité variant entre 2 à 8 (VAS, 10 cm) lors de la mise en
tension des ligaments talo-fibulaire antérieur ou fibulo-calcanéen.
2. Avoir subi un traumatisme d'ELC il y a moins de 5 jours;
3. Être militaire à la base de Valcartier
b. Critères d'exclusion
1. Avoir une atteinte bilatérale aux chevilles ou une fracture associée (la présence de
fracture a été vérifiée par radiographie chez tous les participants potentiels);
2. Avoir un antécédent de désordre musculosquelettique (membres inférieurs
excluant la cheville avec ELC, colonne vertébrale tels une fracture, un diagnostic
d'entorse ou d'instabilité ou une chirurgie) ayant laissé des séquelles
fonctionnelles;
3. Avoir un antécédent d'ELC < 1 an;
4. Avoir une atteinte neurologique affectant l'équilibre ou la posture;
5. Avoir participé au circuit d'exercices de la nouvelle intervention dans le passé
suite à un traumatisme au membre inférieur ;
6. Avoir une entorse de l'articulation tibio-fibulaire inférieure ou de grade 3 à
l'articulation talo-crurale;
24
7. Avoir une mission militaire prolongée ou un entrainement hors de la ville de
Québec à court ou à moyen terme (< 2 mois).
2.1.2 Participants sans ELC (groupe témoin)
a. Critères d'inclusion
1. Être militaire à la base de Valcartier.
b. Critères d'exclusion
1. Avoir un antécédent d'entorse de la cheville (< 5 ans);
2. Avoir un antécédent de désordre musculosquelettique (membres inférieurs,
colonne vertébrale incluant une fracture, un diagnostic d'entorse ou d'instabilité
ou une chirurgie) ayant laissé des séquelles fonctionnelles;
3. Avoir une atteinte neurologique affectant l'équilibre ou la posture;
4. Avoir participé au circuit d'exercices de la nouvelle intervention dans le passé
suite à un traumatisme au membre inférieur;
5. Avoir une mission prolongée militaire ou un entrainement hors de la ville de
Québec à court terme (< 1 mois).
2.1.3 Recrutement des participants
Un échantillon de 20 militaires (la moitié avec une ELC et l'autre moitié sans ELC)
respectant les critères de sélection énumérés précédemment a été constitué afin de
développer les deux volets de ce mémoire. La période de recrutement s'est échelonnée de
juin 2010 à mai 2011.
Le groupe de militaires sans ELC a été recruté à partir d'un échantillonnage de
convenance soit par le biais de l'entourage de la coordonnatrice du projet à la base
militaire et par personnes interposées (personnel militaire). Une courte rencontre avec la
coordonnatrice (une physiothérapeute d'expérience) confirmait l'éligibilité du participant
potentiel sans ELC. La coordonnatrice transmettait les coordonnées du participant à
Tévaluatrice en laboratoire (MB) pour fixer une date d'évaluation.
Le groupe de militaires avec ELC a été recruté à partir de la liste de patients référés par
l'équipe médicale en physiothérapie suite à un diagnostique d'ELC. Lorsqu'un
participant potentiel se présentait pour prendre un rendez-vous en physiothérapie (< 5
jours post-traumatisme), la secrétaire du Centre de Santé vérifiait son intérêt à être
25
contacté par la coordonnatrice du projet pour recevoir de l'information sur l'étude. Les
participants intéressés à participer à l'étude étaient rencontrés dans une salle fermée
annexée au Centre de Santé de la base militaire de Valcartier. Cette rencontre visait à leur
fournir les informations essentielles à une prise de décision éclairée quant à leur
participation au projet. L'admissibilité des militaires démontrant un intérêt de
participation était ensuite confirmée par la coordonatrice. La qualité métrologique des
tests diagnostiques sur le grade de l'entorse est controversée<45;48;49). Nous avons ainsi
pris des précautions lors de l'évaluation de ce critère. L'avis d'un second et au besoin
d'un troisième physiothérapeute, à l'aveugle, était sollicité concernant le sixième critère
d'exclusion du groupe avec ELC, soit pour identifier le grade de TELC et l'intégrité de la
mortaise tibio-fibulaire. Une fois que l'admissibilité était confirmée, la coordonnatrice
demandait au participant de signer le formulaire de consentement (Annexe A).
2.2 Devis expérimental Le projet de recherche de maîtrise s'inscrit dans une étude plus large dont l'objectif
principal est de vérifier l'effet d'une intervention dispensée aux militaires avec une ELC
au sein des Forces Canadiennes (base milliaire de Valcartier) sur la qualité du contrôle
moteur. Le devis de cette étude et du présent projet sont présentés à la Figure 2.1. L'étude
d'intervention, longitudinale et prospective, est toujours en cours à la base militaire de
Valcartier. Dans le cadre de cette étude, les participants du groupe avec ELC ont été
évalués à deux reprises soit lors de: 1) l'évaluation initiale réalisée à la base militaire
suite au recrutement, précédant le début de l'intervention de réadaptation, et 2)
l'évaluation en laboratoire se déroulant entre 8 et 10 semaines après le début des
interventions. Les militaires étaient assignés aléatoirement soit à l'approche
conventionelle de soins en physiothérapie ou à une nouvelle approche orientée vers la
rééducation du contrôle moteur. Cette nouvelle approche se présentait sous la forme d'un
circuit d'exercices avancés en contrôle moteur (exercices en station unipodale, sauts,
surfaces de réception diverses, ...) supervisé par un professionnel de la physiothérapie.
L'évaluation en laboratoire a été réalisée par MB, un ingénieur et une assistante en
laboratoire au Centre interdisciplinaire de recherche en réadaptation et intégration sociale
de Québec (CIRRIS) de l'Institut de réadaptation en déficience physique de Québec
(IRDPQ). Le présent projet de maîtrise utilise les données recueillies lors de cette
évaluation en laboratoire des 20 premiers participants. Plusieurs tâches motrices
26
complexes ont été réalisées lors de l'évaluation en laboratoire. Le projet de maîtrise se
concentre principalement sur les aspects méthodologiques et les résultats rattachés à un
test, soit le SEBT (Figure 2.2). L'ordre des tests durant l'évaluation en laboratoire a été le
même pour tous les participants à l'étude.
Deux volets de recherche seront explorés dans ce mémoire, le premier approfondit les
qualités métrologiques de la variable principale de performance au SEBT, plus
précisément, sa validité concomitante et discriminante. De son côté, le second volet, de
nature descriptive et exploratoire, s'intéresse au SEBT pour évaluer la qualité du contrôle
moteur auprès de militaires avec et sans entorse latérale de la cheville. Ce projet de
recherche a été approuvé à la fois par le comité d'éthique en recherche de TIRDPQ et par
les Forces Canadiennes (Annexe A).
27
Figure 2.1 : Devis expérimental de l'étude dans laquelle le présent projet de maîtrise est imbriqué. Les résultats présentés dans le cadre du projet de maîtrise découlent des données recueillies lors de l'évaluation en laboratoire. Les tests et mesures développés dans ce mémoire sont ceux marqués d'un astérisque (*).
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2.3 Tests et mesures Trois catégories de tests et mesures ont été recueillies et utilisées dans le présent projet de
maîtrise : soit les caractéristiques personnelles et cliniques des participants, leur capacité
fonctionnelle et leurs performances à une tâche motrice complexe, celle du SEBT. Les
sections qui suivent présentent ces tests et mesures de même que leurs qualités
métrologiques.
2.3.1 Caractéristiques personnelles et cliniques des participants
Les caractéristiques personnelles suivantes ont été collectées: Tâge, la taille, la longueur
des membres inférieurs ainsi que le poids. La longueur des membres inférieurs a été
mesurée à l'aide d'un ruban à mesurer de l'épine iliaque antéro-supérieure à la malléole
interne(H6) alors que la taille et le poids furent mesurés avec un stadiomètre(i47). Le
nombre de mois dans les Forces Canadiennes a aussi été documenté afin de s'assurer que
la proportion de recrues et de militaires entrainés était similaire entre les groupes.
Une caractéristique clinique, soit l'amplitude de flexion dorsale active assistée de la
cheville, a été mesurée. L'amplitude de flexion dorsale active assistée de la cheville a été
évaluée en mise en charge avec un inclinomètre digital selon une méthode standardisée et
sensible au changement(i48). La mesure a été réalisée avec genou fléchi et étendu et elle a
été évaluée bilatéralement. L'intensité de la douleur ressentie lors de la mesure a aussi été
documentée( 149;i 50).
2.3.2 Capacité fonctionnelle
Deux questionnaires sur la capacité fonctionnelle: « Foot and Ankle Disability Index »
(FADI) et « Lower Extremity Functional Scale » (LEFS). Deux questionnaires auto
administrés avec des échelles de Likert à cinq niveaux (de 0 à 4, où 4 représente aucune
difficulté), ont été utilisés. Ces questionnaires évaluent la difficulté à réaliser des activités
fonctionnelles habituellement entravées en présence d'atteintes au membre inférieur. Ils
ont été validés auprès de populations avec entorse ou instabilité fonctionnelle de la
cheville. Les versions françaises de ces questionnaires, obtenues à partir d'un protocole
de traduction inversée, ont été utilisées.
30
Le LEFS est un questionnaire général qui a été développé pour être administré à une
grande variété de participants ayant une condition orthopédique au niveau du membre
inférieur. Il possède de bonne qualités métrologiques(i5i;isi-i55). Par exemple, la fidélité
ainsi que la validité du LEFS ont été démontrées à court et à long terme suite à une
entorse de la cheville (ICC= 0,87)(i55). Le résultat total du LEFS obtenu à partir de 20
items est reporté sur un maximum de 80 points (représentant aucune difficulté).
Le FADI a aussi une bonne validité de construit et une bonne fidélité (ICC général : 0,85,
sport : 0,84) en présence d'une instabilité fonctionnelle de la cheville ainsi qu'une bonne
sensibilité au changement(26;29;i52;i56;i56;i57). Le résultat maximal au FADI est subdivisé en
deux modules. Le résultat pour le module général (26 items) est sur 104 points alors que
le module sport (8 items) a une possibilité de 32 points. Ce dernier module permet de
limiter l'effet plafond du questionnaire. Ces deux modules sont rapportés séparément par
des pourcentages, où le 100% ne représente aucune dysfonction.
2.3.3 Tâche motrice complexe
Dans le cadre de ce projet de maîtrise, le SEBT a été retenu comme tâche motrice
complexe permettant d'évaluer la qualité du contrôle moteur des militaires avec et sans
entorse latérale de la cheville.
2.3.3.1 Description du SEBT
Le SEBT a été largement utilisé pour documenter la qualité de contrôle moteur des
individus avec ELC(8;i3;24-26;26-33). Il consiste globalement en une tâche d'atteinte avec une
base de support réduite. Plus précisément, durant ce test, le participant doit toucher le sol
avec le bout du pied, sans transfert de poids, aussi loin que possible dans trois directions
différentes (antéromédiale, médiale and postéromédiale) tout en maintenant son équilibre
sur le membre d'appui(28). Le test original est composé de huit directions d'atteinte<ii5).
Une version simplifiée avec trois directions d'atteinte a été proposée pour la population
avec ELC et justifiée par l'information spécifique et complémentaire de chacune des
directions d'atteinte<28). La variable principale indicatrice de performance au SEBT est la
distance maximale atteinte (DMA). Cette distance, en centimètre, est normalisée par la
longueur des membres inférieurs (celle du membre inférieur d'atteinte) ou par la taille du
participant afin de limiter l'influence de ses caractéristiques anthropométriques sur la
31
performance(ii8). Pour caractériser la performance d'un individu au SEBT, trois essais
consécutifs dans chacune des trois directions d'atteinte sont collectés<28). Ainsi, une
valeur moyenne de trois essais sera utilisée pour rapporter la variable indicatrice de
performance (DMA) ainsi que pour toutes les variables cinématiques et spatiotemporelles
recueillies lors du test.
2.3.3.2 Qualités métrologiques
Tel que développé en introduction, les propriétés métrologiques du SEBT, telles la
fidélité, la sensibilité au changement et la validité, ont été documentées(24-30;i27-i29;i32;i58-
i6i). Par contre, plusieurs procédures différentes d'évaluation ont été utilisées depuis
1998. La procédure standardisée utilisée dans le présent projet est inspirée de certains
résultats et recommandations d'études antérieures.
2.3.3.3 Procédure expérimentale du SEBT utilisée dans le projet de maîtrise
Avant d'exécuter la tâche au SEBT, le participant devait maintenir une stabilité relative,
avec les mains sur les crêtes iliaques, pendant une seconde sur le membre inférieur
testé(25). Cette position représentait la position initiale de la tâche. Au premier signal
sonore, le participant débutait son mouvement d'atteinte. La tâche se terminait au
deuxième signal sonore lorsqu'il reprenait la position initiale après la DMA et qu'il
maintenait une stabilité relative en station unipodale pendant une seconde^) (Tableau
2.1, P2). Un repos en station bipodale de dix secondes était donné entre les essais. Le
participant n'avait pas de contrainte de temps pour réaliser l'atteinte et le retour de la
DMA. La douleur lors de la tâche d'atteinte a été évaluée verbalement sur une échelle de
0 à 10 après les différents essais de chaque direction du test(i49;i50). La position du pied
respectait l'alignement naturel du membre inférieur et demeurait la même d'un essai à
l'autre. La position du pied du membre inférieur en appui était délimitée par quatre
marques au sol dont le centre du pied correspondait au centre d'une plateforme de force.
Lors de la tâche du SEBT, le participant portait des chaussures de type espadrille sans
renfort à la cheville* n 5) et pouvait utiliser ses membres supérieurs pour rétablir son
équilibre (sans toucher l'environnement) durant la tâche. Ces particularités du protocole
proposent un contexte expérimental se rapprochant du milieu naturel du participant. Suite
aux explications et à une démonstration de la tâche, une session de pratique a été réalisée
et suivie d'une période de repos (cinq minutes)(ii8). Ces essais de pratique (n=six par
32
direction) visaient à stabiliser et uniformiser la performance de l'individu dans le temps et
à limiter l'effet d'apprentissage(i59;i6i). La procédure schématisée des temps de repos est
présentée en Annexe B.
L'ordre du premier membre inférieur évalué a été randomisé afin de limiter l'effet de la
fatigue. Ainsi, pour les participants sans ELC, le premier membre inférieur évalué,
membre dominant ou non-dominant, a été alterné entre les participants. Le membre
inférieur dominant a été identifié à partir d'une question fonctionnelle, soit en demandant
quelle jambe est habituellement utilisée pour botter un ballon(i62) ou pour sauter(22). Pour
les participants avec ELC, Tordre des membres inférieurs a été déterminé par le côté de la
lésion (membre lésé ou non lésé). Pour les deux groupes, la séquence des conditions du
test, soit la première direction d'atteinte au SEBT pour les deux membres inférieurs, a été
aussi randomisée pour chaque participant(25;29). L'ordre séquentiel des directions
suivantes (2e et 3e direction) a été d'antérieur vers postérieur pour les deux membres, soit
en sens horaire pour le membre gauche et antihoraire pour le membre droit.
2.3.3.4 Conditions entraînant le rejet d'un essai
Les essais sont rejetés, tel que proposé par certains auteurs<25;29), si le participant :
1. ne touche pas à la ligne avec le pied d'atteinte pendant qu'il maintient son poids
sur le membre en appui ;
2. déplace le pied d'appui des marques au sol ou soulève le talon;
3. perd l'équilibre pendant l'essai (touche au sol ou au membre inférieur en appui) ;
4. ne maintient pas la position de départ ou d'arrivée au moins une seconde entière
(n'attend pas le signal sonore avant d'effectuer le test ou avant de reposer le pied
au sol);
5. fait un transfert de poids lorsqu'il touche la ligne avec le pied, de manière à
supporter le poids du corps ou s'il réalise un double touché.
Le test SEBT était poursuivi jusqu'à ce que trois bons essais soient obtenus.
2.3.3.5 Acquisition des données
Les variables biomécaniques ont été collectées à l'aide du système de capture du
mouvement 3D Optotrak 3020 (Northern Digital Inc., Waterloo, Ontario, Canada).
Quarante-cinq (45) marqueurs infrarouges ont été utilisés (Figure 2.2 et Annexe C). Des
33
tirades de marqueurs infrarouges étaient placées sur chaque membre inférieur (trois
triades par membre inférieur: une triade sur le dessus du soulier, une triade au tiers
inférieur de la jambe en latéral, une triade en crânial du condyle fémoral externe), sur la
colonne vertébrale (cinq triades : deux triades sur la région dorsale haute, une au bassin
sous les épines iliaques postéro-supérieures et deux triades sur la tête par l'entremise d'un
casque, une triade en postéro-latéral et l'autre en postérieur). Douze marqueurs de
position pour les membres supérieurs ont été placés: trois au poignet et trois en postérieur
de l'humérus distal pour chaque membre supérieur. Nous avons doublé (tête, tronc) et
triplé (membres supérieurs) certains marqueurs afin de diminuer le risque de perdre ces
marqueurs durant la tâche vu le nombre restreint de senseurs de position (caméra)
disponibles. Ainsi, trois senseurs de position ont été utilisés pour suivre le déplacement
des marqueurs dans l'espace (deux en latéral et un en postérieur). La fréquence
d'échantillonnage du système de capture du mouvement 3D était de 50 Hz combinée à
filtre passe-bas de 10 Hz (Butterworth de deuxième ordre à double passage). Plusieurs
repères anatomiques (n=22) ont été sondés avant le début de l'expérimentation pour
construire les corps rigides permettant le calcul d'angles et de la position des centres de
masse des divers segments (Annexe C). Un programme de Matlab (Biomeka) a été utilisé
pour le traitement des données.
Le centre de masse (CoM) global du corps a été estimé à partir de l'équation modifiée de
Winter (163;164) ' afin d'inclure l'influence des membres supérieurs sur son comportement.
Ainsi, nous avons multiplié la position de chaque centre de masse de chaque segment par
la proportion du CoM du corps qu'il représente afin d'obtenir la position du CoM du
corps global. La position du CoM des bras et des avant-bras a été estimée à partir de la
position des marqueurs et des proportions connues de ces segments(i64). Le centre de
masse du bras a été estimé en fonction de la distance entre l'estimation de la position de
l'épaule (point sondé) et un des marqueurs du bras situé en proximal de Tolécrâne (0,564
de la distance à partir du point distal). Le centre de masse de Tavant-bras et de la main a
été estimé en fonction de la distance entre un des marqueurs du bras et un des marqueurs
du poignet (0,318 de la distance à partir du point distal).
' Équation de Winter : (2*0.0145Pied) + (2*0.0465Jambe) + (2*0.1 Cuisse) + 0A97Tronc + 0.081 Tête + (2*0.028firas) + (2*0.022Avant-bras) = 1.0
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Figure 2.2 : Montage expérimental du SEBT lors de l'évaluation en laboratoire. A: exemple d'un participant réalisant une performance au membre inférieur gauche (membre inférieur en appui) pour la direction médiale au SEBT; B: les diverses conditions du test SEBT.
2.4 Variables découlant des tests et mesures Dans la section 2.3, les trois catégories de tests et mesures ont été présentées soit 1) les
caractéristiques personnelles et cliniques, 2) la capacité fonctionnelle et 3) les tâches
motrices complexes. Les variables découlant des tests et mesures des deux premières
catégories ont été décrites précédemment. La présente section se concentrera sur la
description et la justification des variables découlant du SEBT, la tâche motrice complexe
étudiée dans ce mémoire.
2.4.1 Distance maximale d'atteinte
La distance maximale atteinte (DMA) au SEBT a été mesurée de façon concomitante par
un évaluateur (mesure par estimation visuelle) et le système de capture du mouvement
tridimensionnel (mesure étalon). La procédure de la mesure par estimation visuelle de la
DMA dans chacune des directions d'atteinte a été standardisée. La DMA par le membre
inférieur d'atteinte a été lue directement sur un ruban à mesurer (lecture en cm) fixé au
sol lors du toucher du bout du pied au sol pour chacune des directions du test. Pour
faciliter cette prise de mesure, un repère visuel de couleur (diamètre : 0,5 cm) a été placé
au point milieu de l'extrémité distale du soulier. Le centre de ce point de couleur a été
sondé afin de permettre le calcul de la DMA par le système de capture du mouvement
3D. Cette mesure étalon a été obtenue à partir d'un calcul de trigonométrie (Théorème de
Pythagore) des coordonnées horizontales (antéro-postérieure et médio-latérale) du bout
35
du pied lors de sa position minimale verticale (Tableau 2.1. P.3). La variable indicatrice
de performance pour chaque condition au SEBT pour l'ensemble des données recueillies
pour chacun des essais est une moyenne de la DMA (n=trois essais) qui a été normalisée
soit par la taille du participant, soit par la longueur du membre inférieur d'atteinte.
2.4.2 Variables de la cinématique et spatiotemporelles des stratégies
globale et segmentaires
Les variables découlant de la cinématique ont été recueillies au cours de la tâche du
SEBT à divers périodes et événements. Ces périodes et événements sont présentés au
Tableau 2.1. La tâche du SEBT a d'abord été divisée en deux sous-tâches en utilisant la
fin de la période du toucher comme point de transition (Tableau 2.1, PI). Ces deux sous-
tâches se caractérisent par différents objectifs fonctionnels soit : T atteinte de la DMA et
le retour de la DMA, qui inclut le retour à la stabilité relative unipodale. Les autres
périodes et événements sont : la période de stabilité de base (P2) qui se déroule avant le
signal sonore indiquant le début du test, l'événement le « toucher » (P3), la période du
toucher (P4) puis la zone centrale (P5). Cette dernière période se trouvant à la transition
des deux sous-tâches constitue un moment clé au plan du contrôle moteur. Les stratégies
motrices globale et segmentaires, relevées dans le volet 2 du projet, ont été étudiées au
cours de cette période. Ainsi, la période P5 est centrée sur l'événement « toucher » et sa
durée (une seconde avant et une seconde après le toucher) est normalisée à 100%
(Tableau 2.1, P5). Elle comprend les événements en préparation au toucher et au retour
de la DMA ainsi que ceux caractérisant la transition entre les deux sous-tâches. Cette
période est particulièrement exigeante en termes de contrôle moteur. En effet, l'individu
doit, sans prendre appui sur sa jambe d'atteinte, 1) toucher le sol, alors qu'il est à la limite
de sa stabilité perçue, et 2) amorcer le retour en prévision de l'atteinte d'une stabilité
relative en station unipodale.
Les différentes variables spatiotemporelles et de la cinématique qui ont été choisies pour
étudier les stratégies globale (variables a, b et c) et segmentaires (variables d à h) sont
présentées au Tableau 2.2. Les variables de stratégie globale sont celles rattachées au
comportement du centre de masse (CoM) global du corps soit : a) son abaissement, b)
l'étendue (nommée peak-to-peak) de sa vitesse verticale et, c) sa position résultante
horizontale (1-excursion, 2-ligne horizontale résultante). Les variables indicatrices des
36
stratégies segmentaires permettent d'apprécier le comportement d'un ou de plusieurs
segments du corps. Ces variables ont permis de vérifier si des stratégies segmentaires
particulières sont adoptées en présence d'une atteinte localisée telle TELC. Les variables
segmentaires retenues sont : d) l'abaissement maximal du bassin (1) et du tronc (2;
incluant l'influence des segments tronc et membres supérieurs), e) la flexion maximale au
membre inférieur en appui (1- cheville, 2- genou, 3- hanche), f) l'abduction et adduction
maximale à la hanche au membre inférieur en appui (1) et d'atteinte (2), g) l'étendue de
la vitesse angulaire en flexion au membre inférieur en appui (1- cheville, 2- genou, 3-
hanche), h) la progression de la vitesse angulaire en adduction du membre inférieur
d'atteinte. Le Tableau 2.2 présente une courte description et une représentation graphique
de ces différentes variables.
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43
2.5 Analyse Nous décrirons sommairement, dans la présente section, les analyses statistiques choisies
au cours du projet de recherche. Une description plus détaillée accompagnera chacun des
manuscrits scientifiques composant le mémoire. Toutes les analyses statistiques (a=0,05)
ont été réalisées à l'aide du logiciel SPSS pour Windows version 12.0.
Dans le premier volet du projet de maîtrise, nous avons réalisé des analyses paramétriques
et non paramétriques. Pour l'objectif 1.1 de ce volet, la validité concomitante de
l'estimation visuelle de la DMA avec une mesure étalon a été évaluée à partir de calcul de
coefficient de corrélation intraclasse (ICC) et le R ajusté de la régression de ces variables.
L'exactitude, un reflet de l'écart entre les méthodes de mesures, a été évaluée par la
distribution et la magnitude de la différence entre les mesures prises par estimation visuelle
et par l'instrument étalon (Kolmogorov-Smirnov test et MANOVA à mesures répétées).
Pour l'objectif 1.2 de ce volet, soit la comparaison intergroupe au niveau de la performance
au SEBT, du statut de la capacité fonctionnelle et des caractéristiques personnelles, des
analyses non paramétriques ont été utilisées (Mann-Whitney test probabilité exacte,
bilatéral) vu le nombre restreint de participants (10 par groupe). Des ratios Cohen ont
permis de compléter l'analyse de la validité discriminante et de mesurer l'effet de taille du
test pour chacune des méthodes de normalisation. Pour le troisième objectif (1.3), l'effet de
la normalisation par la taille a été évalué par le biais d'une comparaison des produits de
régressions (coefficients de corrélation Pearson, CORDIF test; R software, version 2.12.1)
entre la caractéristique anthropométrique (taille ou longueur des membres inférieurs) et la
distance maximale atteinte au SEBT. Une comparaison des statistiques provenant des
MANOVA mesurant l'effet du groupe de chaque méthode de normalisation, par la taille ou
par la longueur des membres inférieurs, a aussi été réalisée.
Pour le deuxième volet du projet de maîtrise, des analyses descriptives et paramétriques ont
été utilisées afin de comparer les stratégies motrices utilisées lors du SEBT. Des analyses
multi variées et des représentations graphiques ont permis de mesurer l'effet du groupe sur
les stratégies globales dans l'axe vertical et le plan horizontal dans les différentes
conditions (objectif 2.1). Afin d'évaluer quelles variables de stratégie globale estiment le
44
mieux la performance au SEBT (objectifs 2.2 et 2.3), des régressions ont été effectuées
pour chaque direction d'atteinte au SEBT et pour chaque membre inférieur. Finalement, des
régressions multiples (MANOVA) mesurant l'effet du groupe ont permis d'évaluer la
contribution des différents regroupements de segments corporels (membres inférieurs et
tronc) à chacune des variables de stratégie globale estimant la performance (objectif 2.4).
2.6 Articles découlant du projet de recherche Les résultats du présent projet de recherche seront présentés sous forme d'article dans les
deux prochaines sections.
Au chapitre 3, nous présenterons les qualités métrologiques, validité concomitante de
l'estimation visuelle de la DMA au SEBT et la validité discriminante de la variable
indicatrice de la performance (DMA normalisée). Nous discuterons ensuite de l'intérêt de
normaliser la performance par la taille de l'individu. Cet article sera soumis à la revue
BMC Musculoskeletal Disorders.
Au chapitre 4, nous présenterons les variables de stratégie globale associées à la
performance au SEBT. Nous comparerons les stratégies motrices globale et segmentaires
utilisées pour chacun des groupes (avec ou sans ELC) dans l'axe vertical et le plan
horizontal. Cet article sera soumis à la revue Journal of Rehabilitation Research &
Development (JRRD).
CHAPITRE 3: ARTICLE 1
CONCURRENT AND DISCRIMINANT VALIDITY OF THE STAR EXCURSION BALANCE TEST FOR MILITARY PERSONNEL WITH LATERAL ANKLE SPRAIN
Maude BASTIEN1 ; Hélène MOFFET§1; Laurent J. BOUYER1; Marc PERRON2; Luc
J. HÉBERT1 2, Jean LEBLOND1
1 Université Laval, Faculté de médecine et Centre interdisciplinaire de recherche en
réadaptation et intégration sociale de Québec (CIRRIS), Québec, Canada,
2 Université Laval, Faculté de médecine et Groupe des Services de santé de Forces
canadiennes, Québec, Canada
Cet article sera soumis à la revue BMC Musculoskeletal Disorders.
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3.1 Résumé OBJECTIFS: 1) évaluer la validité concomitante entre la mesure de la distance maximale
atteinte (DMA) par estimation visuelle et la mesure étalon (système de capture du
mouvement en 3D) chez une population militaire lors du SEBT, 2) évaluer et comparer la
validité discriminante de deux méthodes de normalisation (taille et longueur des membres
inférieurs) de la DMA entre deux groupes de militaires avec ou sans ELC (n=10/groupe).
RÉSULTATS: Une excellente validité concomitante et une bonne exactitude de
l'estimation visuelle entre les deux mesures ont été démontrées pour toutes les conditions.
Le ratio Cohen entre les groupes et les produits de MANOVA sont plus élevés lorsque la
normalisation par la taille est utilisée.
CONCLUSION: Les résultats supportent la validité concomitante de l'estimation visuelle
de la DMA et l'usage du SEBT pour évaluer la qualité du contrôle moteur. De plus, la
normalisation par la taille semble améliorer la validité discriminante du test.
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3.2 Abstract OBJECTIVES: l)To evaluate concurrent validity of maximal reach distance (MRD) at
SEBT estimated visually and measured with a 3D motion capture system at SEBT; 2) to
evaluate and compare discriminant validity of two MRD normalization methods (by height
or by lower limb length) in participants with or without lateral ankle sprain (LAS)
(n=10/group).
RESULTS: High concurrent validity and a good accuracy between visual estimation and a
gold standard measure of the MRD were found for both groups and all conditions. The
Cohen's d ratios between groups and MANOVA products were higher when they were
computed from MRD normalized by height.
CONCLUSION: The results support the concurrent validity of visual estimation of the
MRD and the use of the SEBT to evaluate motor control. Moreover, the normalization by
height of the MRD may increase the discriminant validity of this test.
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3.3 Introduction Lateral ankle sprain (LAS) is one of the most common injury in the military population and in
sportive population<2;3;7;i5;34). The prevalence of LAS in this population was found five times
greater than in the civil populations^). Usually, injured individuals return to sport and
functional activities quickly, within six weeks after LAS(47;54). However, its high rate of
recurrence and the frequent persistence of ankle instability experienced by the injured
individuals suggest that this local injury has a more global impact on motor control(i5;i8;23;55).
Indeed, in addition to impairment in sensorimotor function and joint position sense of the
ankle, alterations in motor control such as an increased postural sway in single leg stance have
been demonstrated;;io;i2;59;90;9i). A reduced performance in functional tests such as the Star
Excursion Balance Test (SEBT)(8;i3;25;3i), the single-leg jump(i2;70), and other balance
tests(8;9;6i;62;67;69) have also been documented. Lastly, and more convincingly, the lack of motor
control has been shown not only for the injured limb but also for the uninjured limb (I9i2iu23) in
early as well as in the long term stage of recovery(n). It is therefore important to use functional
tests with good metrological properties to follow the quality of motor control of the whole
body after LAS.
The SEBT has been frequently used to measure motor control and residual functional
deficits at different LAS recovery stages and in various populations^; i3;24-26;26-33). This
functional test is, in fact, a goal oriented task which requires motor control of all parts of
the body. The participant has to plan a maximal reach with one lower limb while
maintaining balance on the other lower limb. It has high requirements in terms of muscle
strength (unilateral squat)(30;i24-i26), proprioception^!.), range of joint motion(27;i27) and
neuromuscular control. It is therefore a relevant test to measure motor control in our
population. In addition, the SEBT has already shown good metrological properties in
regards of reliability, responsiveness and content validity(26;29,33;ii8;i28;i29;i32-i34;i65). More
precisely, the intra and inter-rater reliability (within and between sessions) was very good
[excellent intraclass correlation coefficients (ICC) > 0.84(i28,i29) to good ICC, 0.67-
0.87(ii5)]. The SEBT showed discriminant validity between gender and was found
responsive to changes after interventions in various populations<26;29;33;i32-i34). The SEBT
was also identified as a predictive test for future injuries at the lower limb(i3i). However,
49
the validity of the measure used to characterize performance, which is the maximal reach
distance (MRD) measured by visual estimation, is still unknown. There is a need to confirm
the concurrent validity of the MRD estimated visually with a gold standard measure and to
quantify its accuracy before using it more extensively, even though it has already been used
in many studies and clinical settings. In this study, MRD measured by a 3D motion capture
system was used as the gold standard measure. The chosen system, the Optotrak 3020
system, has: high validity(64;i66), excellent reliability ICC>0.9 during human gait(i67),
accuracy less than 50 pm in the outplane motion(i68) and a resolution of 0.01 mm(i69).
Another question remains to be clarified with the SEBT. As the MRD is influenced by the
participant's anthropometric characteristics, some authors have normalized the MRD to
lower limb length (LLL) while others used height. Both were justified as these variables are
highly correlated(ii8). To date, normalization by LLL was more widely used, however by
doing so the contribution of the trunk to the variation of the position of the body's center of
mass (CoM), a key variable in body motor control, may have been
underestimated(97;i39;i70;i7i). In this study, we deemed important to use both MRD
normalized by LLL and height as there are no clear evidence nor specific guidance
provided with regard to the choice of the best MRD normalization method. The impact of
both normalization methods on discriminant properties of the MRD will be evaluated.
Therefore, the objectives of this study were: [1] To evaluate the concurrent validity and the
accuracy of MRD measured by visual estimation compared to the gold standard MRD
measure (3D Optotrak motion capture system) in a cohort of Canadian Forces (CF) military
personnel with and without LAS (two groups); [2] To evaluate the discriminant validity of
the normalized MRD (measured with the gold standard) at SEBT between groups and [3] to
determine which MRD normalization variable (height or lower limb length) resulted in
better discriminative properties between groups.
50
3.4 Methods 3.4.1 Participants' selection
All volunteers who participated in this study were selected between June 2010 and May
2011 in the CF military population. Ten participants, diagnosed with acute LAS eight
weeks before the experimentation, were included (LAS group). The clinical diagnosis of
LAS was established by a physiotherapist using the following criteria: 1) trauma in
inversion of the foot and 2) pain intensity from two to eight (VAS, 10cm) during the stretch
of the talo-fibular and/or calcaneo-fibular ligament. Participants began physical therapy
during the acute phase of LAS (within five days of injury). All participants from the LAS
group attended physiotherapy sessions and were discharged within nine weeks after the
first intervention session. They were excluded if reporting any of the following: 1) presence
of bilateral ankle sprains or fracture (documented by X-ray), 2) residual impairments in the
other lower limb or low spine injuries, 3) neuromuscular or neurodegenerative diseases,
and 4) high ankle sprain (tibiofibular sprain) or a third grade LAS as documented by two
independent physiotherapists(46;5i;i72-i75). Ten others participants were recruited to form a
control group (healthy group). They were symptom free in the lumbar spine and lower
limbs and had no reported history of neuromuscular or neurodegenerative diseases. The
present study was approved by the Ethics Committee of the Quebec Rehabilitation Institute
and of the CF Health Services. All participants read and signed an informed consent form.
Study design
In this case-control study, all performances during the SEBT were evaluated within a single
session for each participant. During this session, we collected the personal and clinical
characteristics data to describe the population studied. Thereafter, participants took part in a
series of functional tests that included the SEBT. The same testing order was followed for
all participants.
3.4.2 SEBT procedure
Since 1998, the SEBT has been used in several studies. A short version of the SEBT was
used in the present study because it has been shown to be responsive to difference in motor
control between participants with chronic ankle instability compared to a control group(28).
51
Moreover, these three directions seemed to provide complementary informational 76). The
reaching directions studied were anteromedial (AM), medial (M) and posteromedial (PM).
During the test, the participant had : 1) to touch the floor as far as possible with the tip of
one foot (reaching leg) in three different medial directions with respect to the stance leg and
2) to return to unipodal stance after reaching while maintaining balance on the stance leg.
Final position after reaching is also an important aspect to consider when assessing motor
control. A bipodal return position can easily hide a loss of motor control resulting from a
toe touch outside the limits of stability. Therefore, returning to unipodal stance was used
between trials as it increases motor control demands, and can enhance the discriminant
validity of the test between populations. Three successful trials were recorded for each of
the three reaching directions (AM, M and PM). These directions were indicated by lines
made of graduated tape secured on the floor of the laboratory and centered at the mid-point
of the stance foot (Figure 3.1). At the beginning and the end of each trial, participants had
to maintain a stable unipodal stance with the hands resting on iliac crests. Between trials, a
10 second rest period was given where the participant returned to bipodal stance.
The same foot orientation was used for all trials, and was based on the natural alignment of
the lower limb. A practice session (six trials in each direction followed by a five minute-
rest period) was performed before the recording started to minimize learning effects(i59;i6i).
The order of test conditions (two legs and three directions) was determined as follow: the
leg order was randomly determined first, then a test direction was randomly identified. All
conditions for one leg were completed starting with the determined direction followed by
the next anticlockwise direction (right leg) and clockwise direction (left leg). The same
condition order was used for the second leg. An auditory cue marked the beginning and the
end of a trial. Trials were rejected if the evaluator observed one of these behaviours: 1)
removal of the heel or the forefoot of the stance leg from foot position marks on the
ground, 2) weight transfer on the tip of the foot of the reaching leg during the test or did not
touch the tape, 3) double touchdown on the floor or 4) lost balance during a trial (by
touching either the floor or the stance leg with the free leg or with the hands)(25;29). To favor
the use of natural strategies during this goal oriented task, participants wore shoes and were
allowed to use their arms to maintain balancée 137; 144). Two trained evaluators were present
52
during testing: a physiotherapist judging of the trial's success according to the kinematics
data and a second evaluator, a physiotherapy student, who recorded the MRD by visual
estimation.
3.4.3 Measurement and variables (Instrumentation)
Participants ' characteristics
Personal characteristics (age, enlistment duration, lower limb dominance) and
anthropometrics variables (height, weight and lower limb length) were collected. Lower
limb length (LLL: distance from the anterior inferior iliac spine to the medial malleolus)
was measured with a tape(i46) in standing and height, using a stadiometer(i47). Range of
ankle dorsiflexion, a clinical characteristic, was measured in weight-bearing using a digital
inclinometer. This method of measurement has shown excellent intra and inter-rater
reliability(i48). Thereafter deficits in ankle motion were calculated. Scores at two functional
ability questionnaires, the Foot & Ankle Disability Index (FADI)(i52;i56;i77) and Lower
Extremity Function Scale (LEFS)(i52;i54;i55), were used to characterize the functional ability
of the participants. These questionnaires are self-administered and easy to fill out using a
five point-Likert scale. The FADI general and sport modules are reliable, sensitive to
differences between healthy and participants with ankle instability and responsive to
change after rehabilitation(29;i52;i56;i57;i77). The LEFS has excellent test-retest reliability and
supported construct validity(i52;i54;i55).
The MRD was measured concurrently by two methods: visual estimation and Optotrak 3D
motion capture system. The visual estimation was taken directly during the task using the
graduated tape and assisted by a 0.5 cm visual mark placed on the tip of the foot. The
Optotrak measure of the MRD was calculated from the horizontal coordinates of the
touchdown (lowest vertical position of the tip of the foot). In order to define the feet
position, biomechanical data were collected with the Optotrak 3020 system (Northern
Digital Inc., Waterloo, Ontario, Canada). Three bony landmarks per foot were digitized and
associated to a triad of infra-red markers placed on the top of the shoe. One of the probed
landmarks was the tip of each foot, which served to calculate the MRD. Three Optotrak
cameras were used to follow this triad. A sampling rate of 50 Hz was used for the
53
kinematic data combined to a digital low-pass filtered at 10 Hz. The calculated MRD (raw
data, in cm) from the Optotrak 3D motion capture system was normalized to LLL or to
body height (in % of participant height and of LLL) for discriminant analyses.
3.4.4 Data Analysis
All statistical analyses (a=0.05) were conducted using SPSS for Windows 12.0 version.
Each group included 10 participants. Each participant had 18 measurement times (3
directions x 2 lower limbs x 3 trials) concurrently by an evaluator and by the 3D motion
capture system. Two different statistical analyses (parametric and non parametric) were
used to achieve our objectives. Parametric analyses were used (1) for the evaluation of the
concurrent validity and the accuracy of visual estimation for the entire sample and (2) to
examine and compare two methods of normalization (LLL or by the height). Non-
parametric analyses were used to compare groups' personal characteristics and their
performance at the SEBT (conservative estimate).
Specifically, concurrent validity (first objective) between both MRD measured by visual
estimation and by the Optotrak 3D motion capture system measure (gold standard) was
evaluated by the following parametric tests: linear regression and ICC (95% confidence
interval). In order to further analyse the stability of each measure, ICC were individually
computed and submitted to statistical tests as raw data. With regards to the regression
(evaluator x Optotrak system), 360 paired data (2 groups x 10 participants x 3 directions x 2
lower limbs x 3 trials) were plotted and the adjusted R was calculated. Secondary analyses
were then performed to assess the ICC specific to each of three reaching directions and the
ICC specific to each groups. In a final step, a Mann-Whitney exact probability test was
used to check if there was any difference between groups on ICCs (evaluator vs Optotrak
system) across three directions and both lower limbs for each participant.
The accuracy, the distribution of the differences in centimeters between both measurement
methods of the MRD, was studied for each group through a cumulative frequency graph.
Kolmogorov-Smirnov test identified if distribution of the difference between both methods
differed between groups. A repeated MANOVA was then used to describe the distribution
54
of the difference between both measurement methods for each reaching direction and for
different MRD lengths.
For the second objective and in order to characterize and compare groups (1) for personal
characteristics, (2) anthropometric and clinical characteristics and (3) functional ability of
participants, a Mann-Whitney exact probability test (two-tailed) was used. Also, this non-
parametric test was performed to compare both groups for SEBT performance (mean of
three trials per participant) for raw and both normalization methods (discriminant validity).
Cohen's d ratios were used to quantify the amount of difference between groups for each
type of normalization (effect size).
For the third objective, parametric tests were used to verify the effect of two methods
(LLL or by body height) of normalization. Without taking groups into consideration, linear _ -y
regressions (adjusted R ) between MRD and anthropometric characteristics were
performed. To compare these regressions and to see which one, body height or LLL, is best
related to performance (Pearson correlation coefficients comparison), a CORDIF test (R
software, multilevel package, version 2.12.1) was done. Finally, in order to discriminate
groups according to each type of normalization, two MANOVA were used.
55
3.5 Results Twenty men (half of them with LAS) voluntarily participated in the study (Table 3.1).
Participants of both groups were similar in age, height, weight, lower limbs length, duration
of army enlistment, and deficits in range of ankle dorsiflexion. The LAS group had,
however, a significantly lower level of functional ability than the healthy group as
measured by two questionnaires (FADI general and sport modules, LEFS; Table 3.1).
3.5.1 Concurrent validity Very large(i78) and highly significant (p <0.001) correlations between visual estimation and
Optotrak 3D MRD measures were found with an adjusted R2 of 0.98 for the entire
sample(Figure 3.2). The level of concordance between these measures was also excellent
overall for both groups and for all directions (global ICC: 0.991; 95% CI [0.989-0.993];
Table 3.2). No difference was found between groups' ICCs (global score; Mann-Whitney U
test).
Cumulative frequency distributions of the difference between both methods were without
irregularities (Figure 3.3A). Figure 3.3A shows that 50% of the observations had a
discrepancy < 0.85 cm for the healthy group and < 0.65 cm for the LAS group between
measurement methods. More than 80% of all observations were found < 1.50 cm and 1.65
cm for healthy and LAS groups, respectively. For both groups, more than 90 % of the
observations had a discrepancy below 2.32 cm between measurement methods. The biggest
difference between both methods was 3.42 cm for the healthy group and was 3.65 cm for
the LAS group. There were no difference between groups' cumulative frequency
distribution of the difference between methods (p = 0.40). A MANOVA for repeated
measures revealed no dissimilarity in the stability of the difference for either small or large
MRD (adjusted R2 = 0.04 and 0.01 for healthy and LAS groups, respectively, and for the
entire group, 0.03). Distributions of the difference between both methods of measurement
in all reaching directions had a unique central mode (Figure 3.3B).
Depending on the reaching direction studied, the visual estimation over or underestimated
the MRD measured by the Optotrak 3D motion capture system in different proportions. In
56
our results, the number of observations and their associated percentage were represented by
a proportion of misestimations between methods for a specific range (Figure 3.3B).
Overestimation of the visual measures are illustrated on the right side of Figure 3.3B
(positive difference values) while underestimation are on the left side (negative difference
values). For all directions combined, visual estimation tended to be centered at zero or to
slightly underestimate the gold standard measure (Figure 3.3B). When comparing each test
direction, MANOVA revealed that PM reaching direction did not have the same
distribution of the differences between measurement methods than AM and M directions
(MANOVA results: Wilks'X = 12.63; p = .0004; partial Eta2=0.598, observed
power=0.989). Visual estimation of the MRD in PM direction overestimated the gold
standard values in a greater percentage of observations (PM direction= 47.5% vs AM and
M directions 9.2% and 20.0%, respectively (Figure 3.3B)). On the contrary, AM and M
directions had a higher percentage of misestimations on the left part of the graph compared
to PM direction (55.8% and 40.8 % vs 24.2%, see Figure 3.3B) meaning that MRD
estimated by visual observation underestimate the gold standard measures in a larger
proportion of observations. In the central range of difference, where we considered that
there was no misestimation of the MRD measured by visual, observation (difference
between -0.5 and 0.5 cm), the proportion of trials included for PM direction (28.3%) was
lower than for AM (35.0%) and M (39.2%) reaching directions (gray box in Figure 3.3B).
3.5.2 Discriminant validity
Healthy and LAS groups were significantly different with regards to their functional ability
(questionnaires) and to SEBT performances. Therefore, based on these variables, it was
possible to discriminate groups. As reported in Table 3.1, results indicate a lower score in
the LAS group compared to the healthy group, suggesting a lower level of function of the
participants with LAS. Performances at SEBT (MRD normalized by height or LLL) were
significantly different between groups when combining all test directions and when taking
each direction separately (Table 3.3 and Figure 3.4). The percentage of the differences
between groups varied from 5.11% to 8.63% with the largest effect size being observed in
the AM reaching direction and in the MRD normalized by height. However, the MRD of
each limb for the participants in each group did not differ significantly. Thus, neither the
57
dominant or non dominant limb of the healthy participants nor the injured or uninjured limb
of the LAS participants differed one from the other.
3.5.3 Effect of the MRD normalization methods
To evaluate the effect of each MRD normalization method (by height or LLL) on the
discriminative properties of the SEBT between groups, the following parameters were
calculated and compared between normalization methods: (1) bivariate correlation
coefficients between MRD and anthropometric characteristics, (2) Cohen ratio coefficients
to highlight the difference between groups performance and (3) MANOVA statistics ■y
(Wilks'A., p value, partial Eta and observed power) which indicate the strength of the
difference between groups. Firstly, the association between body height and LLL revealed a
very high correlation 178) with an adjusted R of 0.88 for the entire sample. For both groups,
the relationship between global performance at SEBT (all directions combined) and body
height was stronger than with LLL (for the healthy group: height adjusted R = 0.60; LLL
adjusted R2 = 0.52; for the LAS group: height adjusted R2 = 0.24; LLL adjusted R2= 0.17).
There was no significant difference between Pearson correlation coefficients for MRD with
height or LLL (CORDIF,/? = 0.19).
Secondly, normalization of MRD by LLL seemed to overlap each group's performance
more than did normalization by height (Figures 3.4A and B). In addition, normalization by
LLL diminished the amount of difference between groups for all directions compared to
normalization by height (table 3.3). Indeed, all Cohen's d ratios have medium to high (179)
effect size for both normalization methods (effect size> 0.57; see table 3.3). The mean
difference of these ratios between groups for each direction computed was higher with
normalization by height (1.17±0.24) than by LLL (0.98±0.27). Finally, in the third step of
this analysis, it was shown using MANOVAs that the groups were significantly different
using normalization by height, (Wilks'X= 6.859; p =0.001; partial
Eta2:AM=0.316/M=0.180/ PM=0.220, observed power= AM=0.983/ M=0.820/
PM=0.890). A difference was also found using normalization by LLL, although the Eta
squared was smaller with this second method (Wilks'A= 5.404 [p =0.004; partial Eta2: AM=
0.285/ M= 0.128/ PM= 0.136, observed power= AM= 0.966/ M= 0.634/ PM= 0.663).
58
Overall, these analyses favour normalization by height as it shows greater differences
between groups that have a different functional ability.
59
3.6 Discussion The primary finding of our study was that there is an excellent concurrent validity and a
good accuracy between MRD measures by visual estimation and by gold standard
measurement method. Our results also showed the capacity of the SEBT to discriminate
between populations with different functional ability, and that MRD normalized by the
participant's height better differentiates individuals with and without LAS.
3.6.1 Concurrent validity and accuracy of MRD measured by visual
estimation
Visual estimation of the MRD achieved in a standardized manner has a high concurrent
validity compared to a gold standard measure. This result is particularly relevant as visual
estimation of a distance does not require specialized equipment; the proposed procedure is
easy to set up and may be implemented at very low cost in any clinical setting. Moreover,
the proposed method uses the same instructions to the participant as the original test, which
is to reach the MRD using natural control strategies. The high concurrent validity between
the standardized visual estimation and the Optotrak measure supports the use of SEBT in
clinical practice. With a simple standardized procedure (six graduated tapes secured to the
floor), possible mistakes with visual estimation are minimized. Indeed, the proposed
procedure decreases the number of manipulations during the test from the original testing
version where the evaluator has to lay down a measuring tape for each trial's to obtain the
MRD. To simplify the measurement of MRD, a study(i65) proposed to use pushing blocks
on the floor which, in our opinion, may constrain the participant to reach its limit of
stability along the floor. The principle of respecting a natural strategy and avoiding any
manipulation that may influence it is important as previous studies have suggested that a
reaching task, such as the SEBT, uses centrally mediated control mechanisms(i9;2i;23). These
mechanisms involve the early stage of planning and the choice of movement
strategy<30;77;78;99;i45). It is therefore essential to avoid any interaction with the participant's
performance in order to see his strategy.
The accuracy of MRD by visual estimation was good and its difference from the gold
standard was very small, which confirmed its concurrent validity. The accuracy was found
60
similar between groups and between different lengths of reach distances. For all groups,
more than 90 % of the trials showed differences between measurement methods of less than
2.32 cm. This difference is within the standard error of measurement (SEM =1.64 to 3.7
cm) reported by Lanning et al (2006)(i80). Furthermore, it was 57 % lower than the smallest
detectable difference (5.41 cm to 7.04 cm)(i29).
Interestingly, this high accuracy was observed for all reaching directions. The estimation of
the evaluator varied however according to the test direction. In the PM direction, the
evaluator seemed to overestimate the MRD more than in the other directions. These
variations in the distribution of the differences between both methods for the PM direction
compared to the two other directions may be explained by the evaluator's position (limited
by the position of the Optotrak cameras) during the test and by the rotated position of the
leg that partly hides the tip of the foot. Consequently, it is particularly important to collect
several trials and to base the performance on a mean of these trials. This was done in the
present study and was also recommended by others authors(28;ii5;i59;i6i). Moreover, the
evaluator has to be positioned correctly in order to see the tip of the foot and to make sure
to always adopt the same position between trials and sessions. Finally the similarity
between the accuracies of visual estimation between groups and the unchanged accuracy
through different lengths of MRD reflected the evaluator's ability to adapt his position to
keep a high level of accuracy for each trial. Therefore, we can conclude that the difference
between both methods was negligible with regards to the smallest detectable difference of
the SEBT (standardized procedure) and hence, cannot lead to inappropriate conclusions
about differences between populations.
3.6.2 Discriminant validity of SEBT
In this study, based on Figure 3.4, it was demonstrated that the SEBT performances
contribute highly to discriminate between groups with and without LAS. This
discrimination is higher in AM direction and is enhanced when using MRD normalized by
height, suggesting that such normalization may help, in the future, to highlight differences
between groups or even within the same group across time. Both functional ability,
quantified by the LEFS and FADI questionnaires, and SEBT performances (raw and
61
normalized values by LLL and height) were found different between groups. The finding of
lower SEBT performances in the LAS group confirmed their deficits in motor control in
comparison to healthy participants(8;3i). Previous studies have observed similar
performances in participants with LAS(i29). Lower SEBT performances have previously
been attributed to a modified strategy involving less flexion at the knee and hip joints of the
stance limb for healthy participants(30;i45). On the contrary, lower limb strength did not
seem to be associated to SEBT performances in an athletic population(i58). Further work is
needed to study more carefully the SEBT task and to determine which biomechanical
variables, in conjunction with MRD, are good indicators of the quality of motor control in
such populations.
In our study, there was no difference in SEBT performances between the limbs of
participants of both groups. This result for the LAS group supports the hypothesis of the
presence of bilateral alterations of motor contrôla9;2i;6i) or their predisposition to LAS
injury because of a lack of motor control prior to the injury(i3i). The absence of interlimb
difference in healthy participants is probably due to a low statistical power associated with
a small sample size.
The largest differences between groups were found in the AM reaching direction. This
result may be attributed to the fact that high range of motion in dorsiflexion is needed in
this reaching direction. Indeed, a previous study has shown that range of ankle dorsiflexion
in weight-bearing influence particularly the reaching performances in anterior
direction(27;i27). Although it was noticed in some studies that a limited range of dorsiflexion
in weight-bearing of the injured limb remained 8 weeks after injury(i6;i8i), such a restriction
in dorsiflexion was not observed in our LAS group.
3.6.3 Effect of the normalization by height The normalization by height seems to give a more interesting and complete consideration
of anthropometric characteristics to performances at SEBT than normalization by LLL,
which is more widely used. Indeed, normalization by height is interesting when considering
the task globally (all body segments moving during the task) and the trunk's contribution to
balance while reaching towards the limits of stability. In order to limit the influence of
o:
participants' characteristics on the SEBT performances, consideration for normalization has
been suggested to compare groups together(ii8). Based on R comparison (no significant
difference) and discrimination between genders, these authors chose to normalize by LLL
over height although both were highly correlated(ii8). In the present study, the adjusted R2
of the association between MRD and height was slightly higher than the one with LLL for
both groups. Finally, height measurement is easy to take and does not require specific skills
like palpation of bony landmarks(i82). Although the tape measure method of leg length is a
valid and a reliable measure, mistakes of measurement can easily occur(i83;i84).
Normalization by height considers the important influence of the trunk on the global body
CoM movement over the base of support during the global motor task of SEBT. From
Dempster codes as reported by Winter(i64), trunk's CoM represents a high percentage
(67.8%) of the body mass and may influence widely the position of the body's CoM in
motor tasks. Trunk and hip movements are playing an integral role in motor control and are
both important components to the recovery strategy in more challenging conditions to
minimize body's CoM acceleration(97;ii9;i2i;i70;i7i). The control of the body's CoM
displacement mainly concerns trunk stabilization in the opposite direction to the
perturbation or to the voluntary movement(97;98;i85). LLL normalization could be a sufficient
anthropometric component to consider in reaching task if participants were sitting or if the
trunk would be fixed.
3.6.4 Limits The first limitation to specify for the present study was that several variables were
measured on a small sample (two groups of ten participants). Also, there have been a few
limitations during the data collection linked to the use of technology in parallel with the
visual estimation measurement, and to the study design itself. First, the accuracy of visual
estimation of the MRD may have been influenced by some restrictions in the evaluator's
position. To avoid hiding Optotrak markers during the tests, the evaluator had to sometimes
adopt suboptimal positions especially during testing in PM direction. Consequently, this
could have had the effect of diminishing the accuracy of the visual estimation. Secondly,
another limit of the present study is the possibility to conclude about concurrent and
63
discriminant validity for only three studied reaching directions. Indeed, we evaluated three
reaching directions from a total of eight possibilities in the original test. These three
directions were chosen because of their unique and specific information properties for
participants with ankle injuries. Moreover, the possible implications were limited by the
use in literature of several test procedures for similar populations. These various protocols
can influence the discriminant validity. The protocol used in the present study took into
account functional considerations during the SEBT task (shoes on and unrestricted
movements of the arms) which allowed us to reproduce as much as possible the natural
environment where injuries actually occur. A natural context can facilitate the observation
of an intuitive strategy which can better reflect, in our opinion, impairments and predict for
future injuries. Finally, the homogeneity among the population might limit the external
validity of the second objective. However, less variability among each group can facilitate
grouping performances and help reaching a significant level. This would explain the
differences found between groups with only a small sample size. It would be interesting to
investigate discriminant validity of normalization by height with others populations like
sedentary or aged populations.
64
3.7 Conclusion Visual estimation of MRD at SEBT is a highly valid and accurate measure when a
standardized procedure is used. This high accuracy of MRD measurement was found both
in healthy and LAS groups. MRD estimated visually tends to be overestimated in the PM
reaching direction, so caution is advised regarding the evaluator's position in this particular
test direction. A normalization of MRD by height increases discriminant validity between
groups with or without LAS. This result supports the use of MRD normalization by height
in future studies assessing the quality of motor control. MRD is however the endpoint
(outcome) of a series of complex motor strategies that are put in place to perform in such a
task. Further studies should analyse in more details not only the endpoint of these strategies
(namely MRD) but the strategies per se.
Acknowledgements
The authors acknowledge the support of Guy St-Vincent and Emilie Michaud for their help
with the data collection, of Chantai Gendron and the team of physiotherapists at the
Valcartier military base for the participants' recruitment and of Isabelle Lapointe, Joanie
Bédard and Joannie Huot for their assistance during data acquisition. We also want to thank
Stéphanie Bernard for revising the manuscript. Maude Bastien was supported by
studentships from the Canadian Institutes of Health Research (CIHR), the CIRRIS and the
OPPQ. The project was funded by the "Ordre professionnel de la physiothérapie du Québec
(OPPQ)" and the Quebec Rehabilitation Research network (REPAR).
65
Table 3.1: Participants' characteristics and functional ability for the healthy group and the LAS group at 8 weeks after LAS
Ik': Ithy group (n=10) LAS group (n=10)
Variables MEAN SD Range MEAN SD Range
Participants' characteristics
Age (years) 26.1 5.1 19-33 26.2 6.9 20-43 Height (cm) 179.8 8.8 164-190 178.1 5.4 169-185
Body mass (kg) 81.6 10.9 61-93 79.6 11.4 63-101
Lower limb length (cm)* 94.0 7.0 82-102 91.8 3.8 88-98 Duration since army enrollment
(months) 49.8 42.9 4-108 86.1 80.2 12-288
Lower limb dominance 6 right, 4 left 9 right, 1 left
Functional ability
FADI (General module score, %) 98.5 2.5 — 94.1a 6.3 FADI (Sport Module score, %) 98.1 2.6 — 79.4a 18.4 —
LEFS ( /80) 79.1 1.4 — 73.3" 6.8 Ankle dorsiflexion deficits (°)** 1.8 2.9 (-) 3.0 to 6.5 4.3 6.4 (-) 4.0 to 17.3
*Mean of both limbs ** Deficits equation: LAS group deficits = Uninjured limb - injuried limb; Healthy group deficits = dominant limb - non dominant limb "Statistically significant difference when compared to healthy group and LAS group (p <0.05)
66
Table 3.2: Intraclass correlation coefficients (visual estimation and gold standard measure of the MRD) and 95% confidence intervals for all participants and test conditions, and per test condition (AM, M or PM reaching direction) or group (LAS or Healthy)
ICC CI 95% Global (all directions, all groups) 0.991 [0.989-0.993] AM direction for both groups 0.991 [0.987-0.993] M direction for both groups 0.992 [0.989 - 0.995] PM direction for both groups 0.990 [0.985 - 0.993] Global for LAS group 0.986* [0.981 -0.990] Global for Healthy group 0.992 [0.989-0.994] *no significant difference between healthy group and LAS (pvalue=0.97I]
67
Table 3.3: Mean MRD (n=3, 1 SD) normalized by lower limb length (LLL) or by participant's height for each group and test direction (n=20 /group)
Healthy g roup LAS gro up Effect size
MEAN SD MEAN SD p value* Amount of difference3
Cohen's d ratio
% % % MRD (% of LLL)
AM 91.50 5.78 84.32 5.89 0.0002 7.84 1.30 M 94.42 6.32 89.60 6.58 0.0300 5.11 0.79
PM 99.17 7.38 93.90 6.23 0.0400 5.32 0.81
Global score 95.03 5.80 89.27 5.62 0.0051 6.06 1.06 MRD (% of Height)
AM 47.75 3.02 43.63 3.20 0.0001 8.63 1.40 M 49.27 3.30 46.33 3.16 0.0060 5.97 0.96
PM 51.93 3.48 48.56 3.02 0.0040 6.49 1.09 Global score 49.65 2.89 46.17 2.80 0.0001 7.01 1.29
a [(Healthy group mean -LAS group mean ) divide by Healthy group mean] * 100% Mean of AM, M, PM mean performance
*Mann-Withney exact test measuring group differences
Note: Raw data also showed significant difference between groups for all directions and global scores. No difference was found between limbs for both groups and in global score for MRD normalized by LLL (p > 0.05)
68
Left lower ! Right lower m x limb reach; limb reach , m
\ : / ~ \ 45°
M é \ M é
PM PM
Figure 3.1: Experimental setting and reaching directions studied.
69
E , , s
U
c.
E c o
E
« 75
S
105
95
85
55 55
— i —
65
Adjusted R2= 0.98
75 85 95
MRD Optotrak measure (cm)
105 115
Figure 3.2: Association between maximal reach distances measured by Optotrak 3D system and visual estimation.
70
■Healthy group ■LAS g roup
180 - S - m » w
r— . » » _■ £ 160 " . - • O _ / _ % * "
'•^ 140 ' r ^ ro U 1 2 0
* ^
5a ■ ■
O 1 0
° " ^r^ *♦— O 80 " __ OJ * 9»
___ 60 " »_/» E *r _3 40 ' .. -z.
20 ' - ■
n J
■ r 1 r
I 1 ! 1 1 1
B
0.5
^ = AM direction | = M direction A =PM direction
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Difference between both methods (cm) 3.5
Visual estimation >
100
90 p
i / i
30 c o
70 ro > _-fin 0J l / l
-Q so O
M—
40 o 01
30 O" +■
r _0 QJ
U __ 10 OI
Q .
0
<-3.5[ J-3.5,-2.5] 1-2.5,-1.5] J-1.5,-0.5] ] ± 0 . 5 ] ]0.5, 1.5] ]1 .5 ,2 .5 ] ]2.5,3.5] >3.5[
Difference between both methods (cm)
For all directions and groups combined, the gray box contained more than 34.2 % of all observations, the left zone 40.3 % and the right zone 25.6 %. The left zone is defined by visual estimation lower than the Optotrak measure (visual estimation underestimating the MRD - negative values). The right zone is defined by visual estimation higher than the Optotrak measure (visual estimation overestimating the MRD - positive values).
Figure 3.3: The difference between both methods (accuracy) for each group and each reaching direction. A: Cumulative frequency distribution of the difference between both methods for the healthy group (black line) and for the LAS group (doted line). B: Representation of the underestimation or overestimation of the visual estimation for each reaching direction (AM / M / PM) and both groups (n=10 per group).
71
# 120
110
100-_3
Y _^ ra 90 t _
o c û oc
80
70
B
ë eo £ J ? 55 i j_r so
I 45 E o c Q ce
40
3 5 -
A M
A
* _
M
«
.
PM
□__
GLOBAL MEAN
T
Reaching di rect ions
Figure 3.4: Box plots of MRD normalized by LLL (A) or body height (B) for AM, M and PM reaching directions and global score for each group (n=10 per group). A: The 75th percentile of the gray boxplot representing healthy group is close to the 25th and the 50th percentile of white boxplot representing LAS group. B: These boxplots overlap less each other than with normalization by LLL (A):
CHAPITRE 4: ARTICLE 2
ALTERATION IN GLOBAL MOTOR STRATEGY
FOLLOWING LATERAL ANKLE SPRAIN
Maude BASTIEN1 ; Hélène MOFFET§I; Laurent J. BOUYER1; Marc PERRON2; Luc
J. HÉBERT1'2, Jean LEBLOND1
1 Université Laval, Faculté de médecine et Centre interdisciplinaire de recherche en
réadaptation et intégration sociale de Québec (CIRRIS), Québec, Canada,
2 Université Laval, Faculté de médecine et Groupe des Services de santé de Forces
canadiennes, Québec, Canada
Cet article sera soumis à Journal of Rehabilitation Research & Development (JRRD)
73
4.1 Résumé OBJECTIFS: 1) comparer la qualité du contrôle moteur à partir de variables indicatrices de
stratégies motrices au SEBT pour deux groupes de militaires avec ou sans ELC
(n=10/groupe), et 2) évaluer l'association entre les variables indicatrices de stratégies
motrices et la performance au SEBT.
RÉSULTATS: Au toucher, les participants avec ELC avaient une variation de la vitesse
verticale d'abaissement-redressement et un abaissement du centre de masse (CoM) corporel
moindres pour toutes les conditions avec le membre inférieur lésé et certaines conditions
sur le membre inférieur non lésé. Les variables dérivées du CoM du corps sont
significativement corrélées aux performances au SEBT.
CONCLUSION: Des altérations de contrôle moteur sont présentes suite à une ELC. Ces
différences, identifiées au membre inférieur lésé et non lésé, se manifestent par des
stratégies motrices altérées et par des performances diminuées au SEBT. Ces résultats
supportent la présence d'une réorganisation centrale suite à ELC.
>4
4.2 Abstract OBJECTIVES: 1) to compare the quality of motor control through motor strategy variables
of two groups with and without LAS from a military population (n=10/group), and 2) to
evaluate the association between motor strategy variables and performance at the SEBT.
RESULTS: At maximal reach, participants with LAS had a smaller variation of their
vertical velocity in lowering-straightening and lowered less their body center of mass
(CoM) for all injured limb conditions and some conditions with the uninjured lower limb.
The global body CoM variables were significantly correlated to SEBT performance.
CONCLUSION: Alterations in global motor strategies were found in participants with LAS
as well as a decreased performance at SEBT for the injured and the uninjured lower limbs.
These results support that a central motor control reorganisation may be present after LAS.
75
4.3 Introduction Lateral ankle sprain (LAS) is one of the most common by reported sports injuries among
athletes and military personnel(2;3;7;i5;34). The military is the most affected population with a
five times greater prevalence than civilians<2;5). Up to 33% of these individuals experience
ankle instability even in the absence of persisting mechanical instability, as well as
recurrence of LAS over years(52). Deficits in the limb contralateral to the injury have also
been reported in the Iiterature(i3;i9;2i;23;6i). Altogether these deficits suggest that a motor
control problem may be at the origin of the relapses. It is therefore important to understand
the pathophysiology and deficits in motor control after early recovery from LAS.
The persistence of alterations in motor control for the injured and uninjured limb strongly
supports the central motor control reorganisation hypothesis. LAS causes swelling, pain
and other peripheral damage. This damage leads to altered sensory inputs. These altered
sensory inputs trigger a reorganisation in sensorimotor integration leading to a long-term
modification in central movement control and planning(85-87;89). Such a sensorimotor
integration deficit could explain the bilateral effects. Regarding potential neural control
mechanisms that could be altered after LAS, it is known that individuals with functional
ankle instability or recurrent ankle sprains have impaired sensorimotor
function(9;io;i2;23;32;55;59;6i;90;9i;i86), and differences in segmental motor strategies during
walking, running and jump reception(55;62;67-70).
In the present study, we are interested in the functional implications of changes in motor
control after LAS in relation to motor performance. To address this question, patients with
LAS will be tested in a challenging, yet standardized motor task that involves the
coordination of multiple limb segments as well as good motor planning, i.e. that requires
proper central COntrol(77;78;81;82;92;95).
The Star Excursion Balance Test (SEBT) was selected, as it has good metrological
properties, and has been frequently used to study motor control in the sportive population
(8;i3;26;33;ii5;ii8;i28-i34;i65;i87;i88). During this task, participants have to touch the floor with
their foot as far as possible in predetermined directions without falling. Maximal reach
70
distance is the variable usually used to characterize performance and to identify alterations
in motor control.
This performance variable reflects the end-point of the self-organisation of movement.
Studies on a test with a similar construct, the Functional Reach test developed for the
geriatric population, identified an association between the maximal reach distance to the
size of the perceived limits of stability(i04-i08). However, no study has analyzed the global
organization of movement that contributes to good performances in the SEBT through
kinematic variables of the entire body. These variables can provide additional information
on SEBT performance and help identify where, in the motor strategy, the bilateral
alterations of motor control are localized. To date, only segmental strategies at the lower
limb in stance have been described(i45;i76;i89). As motor control involves the ability to
control the center of mass (CoM) over a base of support through appropriate coordination
between segments(i35;i90;i9i), it seems important to also study its behaviour. In the present
study, the global body strategy is estimated by the global body CoM 3D behaviour.
Objectives:
Therefore, the objectives of this study were:
1) To compare the quality of motor control of two groups of military personnel (with and
without LAS) using the global body strategy variable chosen during the SEBT;
2) To evaluate the association between global body strategy variables and performance at
the SEBT as estimated with the normalised maximal reach distance (MRD);
3) To identify which global variable best estimates performance at the SEBT for each
group, reaching direction, and lower limb;
4) To evaluate the contribution of the lower limbs and the trunk to the global body strategy
for each group and for each reaching direction.
77
4.4 Methods 4.4.1 Participants ' selection
All volunteers who participated in this study were selected between June 2010 and May
2011 in the CF military population. Ten men with a diagnosis of acute unilateral LAS were
included (LAS group). They all attended physiotherapy sessions within five days of injury
and were discharged after a maximum of nine weeks. They were excluded if they had an
ankle fracture (documented by X-ray), a third grade LAS or a high ankle sprain
(tibiofibular sprain)(46pi;i72-i75), or if they reported a history of neuromuscular or
neurodegenerative diseases. In addition, a comparative group of ten men without LAS, or
symptoms from the lumbar spine and the lower limbs, or history of neuromuscular and
neurodegenerative diseases were recruited (healthy group). The present study was approved
by the Ethics Committee of the Quebec Rehabilitation Institute and of the CF Health
Services. All participants read and signed an informed consent form.
Study design
In this case-control study, all participants were evaluated within a single session.
Participants of the LAS group were evaluated between eight to ten weeks after their injury.
Personal and clinical characteristics of the participants were collected. Their functional
ability was measured using two questionnaires: the Foot & Ankle Disability Index (FADI)
(29;i52;i56;i57;i77) and the Lower Extremity Function Scale (LEFS)(i52;i54;i55). Thereafter, they
took part in a series of complex motor tasks and tests, where the testing order was kept the
same for all participants.
4.4.2 SEBT procedure
During the SEBT, the participant had: 1) to touch the floor as far as possible with the tip of
the foot of the reaching limb in three different directions with respect to the stance limb
(anteromedial [AM], medial [M] and posteromedial [PM] directions) and 2) to return to
unipodal stance after reaching while maintaining balance on the stance limb with the hands
resting on iliac crests. After a practice sessiono29;i59) (six trials/direction followed by a five
minute-rest period), three successful trials, separated by a ten second rest period, were
recorded for each direction (Figure 4.1). Trials were rejected according to the criteria used
-s
in previous studies(25;28;29) 1) weight-bearing through the reaching limb, 2) displacement of
the stance limb, or 3) loss of balance. As shown in Figure 4.1, the directions to be followed
by the reaching limb during the tests were clearly indicated on the floor using graduated
tapes. The order of test conditions (2 legs and 3 directions) was determined as follow: the
leg order was randomly selected first then a test direction was randomly determined. All
conditions for one leg were completed starting with the determined direction followed by
the next anticlockwise direction (right leg) or clockwise direction (left leg). The same
condition order was used for the second leg.
4.4.3 Data collection
During the SEBT, biomechanical data were collected to characterize the whole body
strategy and segmental strategies using a 3D motion capture system, the Optotrak 3020
system (Northern Digital Inc., Waterloo, Ontario, Canada). Forty-five (45) infrared markers
(triads for lower limbs, head and trunk and position markers for uppers limbs) were used.
Kinematic data was sampled at 50 Hz and then digitally filtered at 10Hz (digital low pass
filter). The global CoM was estimated using the equation proposed by Winter(i63;i64), but •y
adjusted to consider the influence of the upper limb CoM .
4.4.4 Data Analysis
All individual kinematic data were based on a mean of three trials per test condition. A
mean of two trials was exceptionally used in few cases (5 out of 120 conditions) due to
technical problems. The maximal reach distance (MRD) during the SEBT was calculated
from the horizontal coordinate values of the tip of the reaching foot (probed point) when it
touched the floor.
The SEBT task
The SEBT task was divided into two main subtasks: the going-to- and the return-from-
MRD (Figure 4.1 A). The lowest vertical position of the tip of the reaching foot was used to
subdivide the task, which corresponds to the "foot touch" event (vertical line at 50% of the
2 Winter equation: (2*0.0\45Pied) + (2*0.0465Jambe) + (2*0.1 Cuisse) + 0A97Tronc + 0.081 Tête + (2*0.028flr__) + (2*0.022Avant-b ras) = 1.0
79
task, Figure 4.1). The first subtask is characterized by body lowering (Figure 4.1 B and 4.1
D) and orientation of the reaching limb for foot touch (Figure 4.1 A). In the second subtask
which occurred after foot touch, a rapid straightening up (Figure 4.1 B and 4.1 C, peak
velocity) of the entire body is performed while recovering stability in single-limb stance.
The transition between subtasks represents a highly challenging period for stability and
motor control as a change in the direction of movement takes place at the perceived limits
of stability. This transition period, called the central zone phase (see grey zone on Figure
4.1; ±ls around foot touch), was used for further analysis about the quality of motor
control.
Key variables for the study of motor control
Three variables describing the behaviour of the CoM have been chosen as key indicators of
the global body strategy during the task(99;ii9;i37-i39;i44). Indeed, the CoM behaviour is
influenced by the upper limbs, lower limbs and trunk strategies that directly modify the
body CoM position and velocity. Thus, the maximal displacement of the CoM vertically
and in the horizontal plane and its range of velocity (peak-to-peak value) along the vertical
axis were calculated during the critical period (central zone; Figure 4.2 A and C, see #, ##,
###). In the horizontal plane, the distance between the center of the foot and the mean
position of the horizontal CoM when the foot touched the floor was also calculated. This
variable is called the horizontal CoM resultant line. The horizontal excursion of the body
CoM during the central zone phase was also collected.
Variables representing the limbs and trunk strategies during the task were also selected:
maximal trunk lowering (composed of the trunk itself, the head and both upper limbs)
relative to the pelvis, maximal pelvis lowering (representing mostly the strategy of the
stance limb), and magnitude of hip abduction of the reaching limb. The stance limb strategy
was further analysed using the maximal range of flexion of three joints (hip, knee and
ankle) as well as their angular velocity in the sagittal plan (peak to peak value). Finally, for
the reaching limb, angular velocity in the abduction-adduction plane was also computed.
SO
Statistical analyses
All statistical analyses (a=0.05) were conducted using SPSS for Windows version 12.0.
Parametric and descriptive analyses were conducted to meet the first three research
objectives. Non-parametric tests (Mann-Whitney exact test) were used for the comparison
of personal characteristics between groups. Descriptive statistics were made from the global
strategy variables. Multivariate analyses were used to measure group effects (both limbs of
LAS or healthy group) and limb effect (injured and non injured limb of LAS group, and
dominant limb of healthy group) on global and segmental strategy variables. No result of
univariate ANOVA is reported if the multivariate statistics were not found statistically
significant. The horizontal excursion of the CoM was analysed qualitatively using graphical
representations (Figure 4.2). Linear regression analyses were done between SEBT
performance (mean of three trials of MRD normalized by body height) and global strategy
variables in each testing condition and group. Regression analyses were also carried out to
determine which combination of the two global variables along the vertical axis allows best
estimation of SEBT performance for each test condition (using standardized Beta
coefficients [[3]).
As the majority of the LAS participants (70%) had injured their dominant limb, for the
fourth research objective, performance and strategy variables in all test conditions (injured
and uninjured limbs in all directions) of the LAS participants were compared to the
variables obtained from the dominant limb conditions of the healthy group. Thereafter, the
association between the mean global CoM lowering and each of its components (trunk or
pelvis lowering and abduction angular position of the reaching limb) were calculated using
a general linear model combining both groups. A bar graph (n=20 participants x 1 limb)
representing all regression coefficient combinations (dominant and injured or uninjured
limb) was used to compare each component's contributions to the global lowering to each
reaching direction. Angular ranges of velocity in the stance limb were compared through
multivariate analyses to measure the group and the limb effects. The hip abduction velocity
of the reaching limb was analysed at three times of measure (25, 50 and 75 % of the central
zone phase duration) to see group effects for the injured and the uninjured limb (repeated
measured ANOVA).
SI
4.5 Results Participants of both healthy and LAS groups were similar in age (26.1 ± 5.1 yrs and 26.3±
6.9 yrs, respectively), height, weight and lower limbs length. The LAS group had, however,
a lower level of functional ability as measured by two questionnaires (FADI sport module:
79.4 ±18.4 compared to 98.1 ±2.6; LEFS: 73.3 ±6.8 compared to 79.1 ±1.4;/? < 0.05).
4.5.1 Comparison of global body strategies between groups
Around the "foot touch", the LAS group shows a smaller magnitude of global CoM
lowering and a smaller range of CoM vertical velocity than the healthy group in all
directions (p < 0.05) (Figure 4.2 A). These results suggest that the global body strategy
along the vertical axis around the touch event is modified following LAS. There were
significant differences between the injured and the uninjured limb compared to the
dominant limb of the healthy group for the CoM lowering variable in AM direction and in
PM direction (p value <0.05) (Figure 4.4 B). In the horizontal plane, during the central zone
phase, the global CoM was progressively moving from a more centered position according
to the stance foot to the perceived limit of stability which is characterized by a U loop
(Figure 4.2 C). A descriptive analysis of the profiles of both groups highlights similarities
in the general pattern of CoM displacement but also differences in the magnitude of the
horizontal CoM resultant line. Indeed, for both groups, the projection of the global CoM
was situated in the anterior and lateral section of the stance foot. This distance was
significantly longer in the healthy group when compared to the LAS group (healthy group,
5.91± 1.4cm; LAS group, 4.59± 2.0cm; p < 0.05) in the AM reaching direction (Figure 4.2
D). However not shown in these Figures, there were also significant differences between
the injured and the uninjured limb compared to the dominant limb of the healthy group for
the same direction (p value <0.05). No differences were found in the other directions. The
magnitude of the horizontal CoM resultant line varied according to the direction of the
reaching foot in the healthy group while no such variation was observed in the LAS group.
This suggests a more rigid motor pattern in the LAS group or less adaptability according to
changing conditions. Evidence of bilateral alterations of motor control was shown by
differences in global strategy between both lower limbs of the LAS group and the dominant
limb of the healthy group.
82
4.5.2 Association between global body strategy variables and the
performance at SEBT
The magnitude of lowering of the global CoM and its vertical velocity were significantly
related to SEBT performance. These associations were demonstrated in all SEBT test
conditions (directions and limbs) for at least one variable in each group. For the global
CoM lowering, the strength of the association was higher in the M and PM directions than
in the AM direction (Figure 4.3; Adjusted R2 from 0.42 to 0.89). Interestingly, vertical
velocity of the CoM was strongly associated with SEBT performance in the AM direction <y
for both groups and limbs (Adjusted R > 0.63 except for non dominant in AM direction,
healthy group). In the horizontal plane, the horizontal CoM resultant line was not
associated with SEBT performance.
4.5.3 Combination of global body strategy variables that predict SEBT
performances
The statistical models that best estimate SEBT performances are composed of a unique
variable or a combination of a maximum of two variables (p < 0.05). In general, the
performances at SEBT were best estimated by the magnitude of CoM lowering alone (8 out
of the 12 conditions: 2 groups*2 limbs*3 directions; standardized Beta coefficient (P) >
0.54) or in combination with the vertical CoM velocity as the second predictor (2
conditions: the injured limb in AM direction [P for the lowering= 0.71 and the velocity=
0.52]) and the dominant limb in PM direction [P for the lowering= 0.46 and the velocity=
0.55]). The performance at SEBT was best estimated using only the vertical CoM velocity
variable when the test was performed in AM direction with the uninjured or the dominant
limb (p>0.65) (Table 4.1).
4.5.4 Performance and strategy differences between groups
The healthy group demonstrated better SEBT performance in all directions (Figure 4.4 A)
except for the uninjured limb in M direction. They also significantly lowered their pelvis to
a larger extent and flexed more the knee of the stance limb than participants of the LAS
group except for the uninjured limb in M direction (see* = p <0.05; Figure 4.4 C and D).
The difference in maximal knee flexion between groups for the injured and dominant limb
S3
varied from 11.9° (M direction) to 20.2° (AM direction) (Figure 4.4 D). No difference
between groups was found for other variables such as the maximal amplitude of ankle
dorsiflexion (except in the AM direction), hip flexion or relative trunk lowering.
4.5.5 Contribution of the lower limbs and trunk to the global body
strategy
The contribution of the trunk and pelvis to the global CoM lowering during the SEBT task
varied between reaching directions (Figure 4.5 A; the profiles of a healthy participant in the
AM and PM directions). The trunk contributed less to the global CoM lowering than the
lower limbs (estimated by the pelvis lowering) in the AM direction but the contrary is seen
in the PM direction. Pelvis and trunk lowering both predicted significantly the global CoM
lowering for all directions and limbs. The P represented by bars in Figure 4.5, were higher
than 0.38 in all conditions (Figure 4.5 B). For example, a higher P was found for the pelvis
(0.82) compared to the trunk (0.38) in the AM direction (combination of the dominant and
the injured limbs). The opposite finding was observed in the PM direction (P: Pelvis, 0.47
and Trunk, 0.60). In contrast to trunk and pelvis, the magnitude of hip abduction of the
reaching limb did not seem to contribute significantly to the global CoM lowering (Figure
4.5 B, white bar). These findings support the assumption that a variety of trunk-pelvis
contribution patterns exist depending of the reaching direction. In the AM direction
oppositely to the PM direction, global CoM lowering was more justified by the pelvis
component than the trunk component. Finally, both segmental components seemed to have
a comparable contribution to the global CoM lowering in the M reaching direction.
A more detailed analysis of the range of the global CoM vertical velocity showed that only
the injured limb was significantly different from the healthy group (ranges: healthy group
[0.44, 0.53] cm/s, LAS group [0.36, 0.46] cm/s). Although no significant difference in
angular velocity range of the stance limb joints were detected, except at the ankle of the
injured limb in PM direction, a tendency for larger values in the healthy group compared to
the LAS was observed. The hip adduction velocity of the LAS group is different from the
healthy group in the central zone phase (Figure 4.5 C). As shown in the Figure 4.5, the LAS
group brings back the reaching limb at more constant velocity. To the contrary, the healthy
84
group used a bell-curve velocity profile around the foot touch. No significant difference
could support statistically this difference except for the injured limb in M direction (p =
0.04).
85
4.6 Discussion This study is the first to identify global motor strategy variables linked to performance
during the SEBT. Furthermore, the results of this study demonstrate that military personnel
with LAS do not use the same global strategy as healthy controls when performing a goal
oriented task such as the SEBT. Their global motor strategy differed in almost all
conditions (except for the uninjured limb in medial direction), suggesting that the strategy
is not only linked to the conditions where the injured limb is in stance, but also when the
uninjured limb is used. This difference in the global strategy, which is characterized by less
lowering of the CoM and less variation in its vertical velocity, is associated to a decreased
performance in the test. This finding highlights the importance of having a sound global
strategy in order to perform during the test and suggests that effort should be made to help
recover such strategy.
4.6.1 Global motor strategy differences
According to our results, the global strategy variables along the vertical axis seem to be a
very good indicator of performance at SEBT. Unlike the MRD, commonly used as an
indicator of performance at SEBT, the chosen global strategy variables, derived from body
CoM displacement, helped to characterize performance at SEBT in terms of motor control
abilities.
Although, the center of pressure is widely used to characterize the quality of motor control
in the sportive populations after injury and in elderly populations, it has not been analyzed
in the present Study(9;i0;20;ii0;iii;ii3;i43;i92;i93). Indeed, the CoP did not provide the type of
information needed to reach our objective which was to evaluate the global organisation of
movement in a tridimensional way and its decomposition into segmental strategies. The
body CoM helped understanding how participants were organising their movements during
the critical period of stability at foot touch (central zone phase), allowing the transition
between the two subtasks.
Moreover, the present study is the first to document bilateral differences in global motor
strategy as well as in the performance at SEBT after a musculoskeletal injury. As supported
86
by a systematic review, performance during different motor tasks were altered bilaterally
after LAS(i3;i9;2i;23,6i). These differences in performance can be indicators of a change in
motor strategies as seen in our results. Differences in global strategy between groups can be
supported by potential biomechanical advantages and constraints. First, a lower vertical
position of the CoM can provide a better management of the CoM horizontal displacement
by increasing the stability. Indeed, a smaller lever arm in an inverted pendulum decreases
the needed force to maintain balance. This concept was quantified by a lower global body
CoM vertical position. Moreover, a lower body CoM position in unipodal stance increases
1) the projection of the reaching limb by a better orientation of the pelvis, and 2) the
counteract possibility of the trunk position. Thus, by a greater lowering of his CoM, the
participant can optimize its performance but, at the same time, he raises motor control
demands by the necessity of controlling together multiple segments.
Secondly, the group with LAS demonstrated a more cautious approach near to foot touch
compared to their peers without LAS, as shown by a smaller range of velocity of the body
CoM. Indeed, this finding suggests that they planned with more caution the transition
between the subtasks as they tried to reduce body velocity around this event. After foot
touch, a lower velocity of straightening up may help the participant in maintaining his
stability. In support of this hypothesis, several studies have shown that a body segment
spread away from the body can counteract with efficiency a loss of CoM control(97;i39;i44).
In the present study, the delay in straightening up after foot touch has been attributed to the
maintenance of the lower limb away from the body (see below). Finally, global strategies in
the horizontal plane also seemed to differ between groups. These variables can show the
alterations of motor control because they give an idea of how far the participant pushed his
global CoM to the perceived limits of stability. The perceived limits of stability seemed to
be larger in the healthy group. Moreover, the horizontal excursion of the global CoM
seemed to have different characteristics according to different directions in the healthy
group compared to the LAS group. This result can be supported by less adaptability of the
central nervous system for the group with alterations of motor control (LAS group) as
shown in the literature for static postural control(i94).
87
4.6.2 Segmental motor strategy differences
The difference in global strategy of the military personnel with LAS was mainly explained
by changes in segmental motor strategy such as a decrease in pelvis lowering during the
task and a more cautious bringing back of the reaching limb. First, the LAS group, which
showed the lowest performance at SEBT, seemed to lower less the pelvis by flexing less
the knee, and sometimes the ankle, than the healthy group. Other studies have also reported
a decreased range of motion at knee during poor performance at SEBT(30;3i;i45).
Significantly diminished maximal ankle dorsiflexion was found near foot touch for only the
AM direction in the LAS group. This decreased range of motion in this specified reaching
direction can be supported by it higher needed range of motion in dorsiflexion than in
others directions(27;i27).
Secondly, smaller range of vertical velocity of the global body CoM for the LAS group
seemed to be mostly explained by a more constant velocity of the reaching limb after the
foot touch and a delayed straightening up. Indeed, this smaller variation of vertical velocity
in the LAS group can be supported in part by a cautious return of the reaching limb. This
cautious return of the LAS group may help them to prolong the stability advantages related
to a smaller lever arm in the inverted pendulum. Globally, the delayed straightening up for
conditions with the injured limb as the stance limb can be explained by a lower range of
angular velocity of all studied joints. This absence of difference can be explained by: 1) the
dissolution of the vertical range of the CoM velocity through all lower limb joints, 2) the
variation in velocity which often characterizes lack of control, and 3) a high variability
between participants in the same group.
During the return-from-MRD subtask, the return to baseline stability velocity in abduction
seemed to be delayed for all conditions of the injured limb of the LAS group. The hip
adduction movement of the reaching limb can represent how the participant brings back the
reaching limb from the MRD (50 to 100%). A more constant velocity for bringing back the
reaching limb to the body 1) allows time to adjust the movement to preserve stability, 2)
diminishes the strength of the internal perturbation after a critical period stability, and 3)
allows the use of the reaching limb to distribute mass away from the pivot point to reduce
ss
acceleration of the global body CoM. Moreover, a more constant velocity of the reaching
limb after the foot touch is less difficult in regards of motor control compare to a bell-curve
velocity profile as shown in healthy group. Indeed a bell-curve velocity around the foot
touch requires a excellent muscle coordination and a good planning of the task. These
differences in global motor strategy supported by segmental strategy differences showed
the interest of following the lowering of the body during a goal oriented and complex task
in order to look at the participant's organisation of movement. Moreover, the SEBT task
seemed to be able to show bilateral alterations of motor control through changes in motor
strategies. This finding reinforces the interest of evaluating this type of tasks for the
evaluation of motor control in musculoskeletal disorder at the lower limb.
4.6.3 Complementary information of the studied reaching directions
The present study confirms that each tested direction brings unique information in regards
of segmental motor strategies, so at least three directions should be tested. The studied
reaching directions of the SEBT have been shown, through statistics, to be complementary
one to the other(28). The non redundant aspect was shown by the adaptability and by
difference of the segmental motor strategy according to each reaching direction along the
vertical axis and in the horizontal plane. For example, the AM direction lowering, contrary
to the PM direction, is better estimated by the pelvis lowering than the relative trunk
lowering. This can be explained by the fact that the trunk can less counteract the reaching
limb in anterior direction by a smaller available range of motion at the hip and the back
(extension) and by less powerful muscles controlling the movement in AM direction than in
PM reaching against the gravity(i95;i96). In support of this finding, a recent study has shown
differences in muscle activations during the SEBT according to different reaching
directions(i76).
4.6.4 Limits
The first limitation to specify for the present study was that several variables were
measured on a small sample (two groups of ten participants). Moreover, in this study,
participants of both groups were not individually paired. But, we ensured that both groups
had similar personal characteristics. Therefore, it was not possible to control for the side of
89
injury and the limb dominance in our comparative analyses. As previously mentioned, as
more than 70% of the injury occurred to the dominant limb (LAS group), it was decided to
use the dominant limb of the participants in the healthy group as the basis for intergroup
limb comparison. By doing so, the differences of the uninjured limb of the LAS group may
have been slightly overestimated. With regards to statistical power, the small sample size
may have limited the possibility to show significant differences in some global strategy
variables, especially the ones in the horizontal plane where a high inter participant
variability and differences in foot length could have an impact. Finally, it is important to
mention that the calculated global body CoM is an estimation of the true body CoM.
Indeed, as in the work of Winter et al anthropometrics segmental component of the body of
each participant were not incorporated in the calculation of the body CoM but were taken
from population averages this could bring a slight over or under estimation of actual CoM
position but should affect both groups equally.
90
4.7 Conclusion This study is the first to identify global strategy variables estimating performance at the
SEBT. A good to very good association was found between the global strategy variables
along the vertical axis (CoM lowering and velocity range) and performances at SEBT. The
best SEBT performances have been related to strategies such as a greater lowering of the
global CoM and a higher range of CoM vertical velocity around foot touch. Individuals
with LAS had a poorer performance and used a global strategy during the SEBT task
involving different segmental strategies: less vertical displacement mainly by less pelvis
lowering and lower range of motion in knee flexion than the individuals without LAS.
Smaller range of vertical velocity of the global body CoM for the LAS group seemed to be
mostly supported by a delayed straightening up and a more constant velocity return of the
reaching limb after the foot touch. Moreover, the present study is the first to document
bilateral differences in global motor strategy as well as in the performance at SEBT after a
musculoskeletal injury. Finally, this study showed the non redundant aspect, with regards to
motor control, of the three studied reaching directions by the adaptability of the motor
strategies to each reaching direction. The results of this study have implications for clinical
practice, as they suggest that rehabilitation after a local injury, namely LAS, should address
global task training and pinpoint some variables that may help following the motor control
recovery.
Acknowledgements:
The authors acknowledge the support of Guy St-Vincent and Emilie Michaud for their help
with the data collection, of Chantai Gendron and the team of physiotherapists at the
Valcartier military base for the participants' recruitment and of Isabelle Lapointe, Joanie
Bédard and Joarmie Huot for their assistance during data acquisition. We also want to thank
Stéphanie Bernard for revising the manuscript. Maude Bastien was supported by
studentships from the Canadian Institutes of Health Research (CIHR), the CIRRIS and the
OPPQ. The project was funded by the "Ordre professionnel de la physiothérapie du Québec
(OPPQ)" and the Quebec Rehabilitation Research network (REPAR).
91
Table 4.1: Associations between performances at the SEBT and global strategy variables derived from the global CoM in a single model*
Group Reaching direction
Lower limb Global strategy variables (global CoM)
Model Adjusted R2 p value . Partial
correlation
Q. O O) >. J_ TO <u I
AM Dominant Vertical velocity range (cm/s)3 0.681 0012 0.710 NPb
Q. O O) >. J_ TO <u I
AM Non dominant Vertical displacement (cm)c 0.461 0.044 0.603 NP
Q. O O) >. J_ TO <u I
M Dominant
Vertical displacement (cm) 0.807 0.004 0800 NP
Q. O O) >. J_ TO <u I
M Non dominant
Vertical displacement (cm) 0 627 0.039 0543 W
Q. O O) >. J_ TO <u I
PM Dominant
Vertical displacement (cm) 0.770
0.003 0.709 0858
Q. O O) >. J_ TO <u I
PM Dominant
Vertical velocity range (cm/s) 0.770
0.014 0.524 0777
Q. O O) >. J_ TO <u I
PM
Non dominant Vertical displacement (cm) 0.805 0.002 0939 NP
o . _ O o>
CO
< _ J
AM
Uninjured Vertical velocity range (cm/s) 0.678 0019 0.658 NP
o . _ O o>
CO
< _ J
AM Injured
Vertical displacement (cm) 0.852
0.049 0.455 0669
o . _ O o>
CO
< _ J
AM Injured
Vertical velocity range (cm/s) 0.852
0.023 0.552 0.737 o . _ O o>
CO
< _ J
M Uninjured
Vertical displacement (cm) 0.775 0.022 0.588 NP
o . _ O o>
CO
< _ J
M Injured
Vertical displacement (cm) 0.451 0.023 0.719 NP
o . _ O o>
CO
< _ J
PM Uninjured
Vertical displacement (cm) 0.742 0.007 0.713 NP
o . _ O o>
CO
< _ J
PM Injured
Vertical displacement (cm) 0.543 0.009 0.813 NP
" Only sgnificant combination or variables are shown a Global CoM lowering (Maximum value) B Non pertinent because only one variable have been kept c Global CoM vertical velocity (Peak-to-peak value)
92
Test conditions
LcftKffib j Right hmb
SEBTTask (%)
Figure 4.1: Kinematics variables during the SEBT task and experimental setting. Illustration of the six conditions at the SEBT (3 reaching directions per limb; AM: anteromedial, M: medial, PM: posteromedial) and mean profiles (n=3 trials) of the vertical position of the reaching foot (A), the CoM (B and C) and joints' amplitude of motion of the stance limb (D) in a typical healthy subject in the PM reaching direction. The grey zone, called the central zone phase around foot touch, represents the critical period used for the analyses.
93
— Healthy group (n=10) — LAS group (n=10)
■ Healthy group (n=20) a LAS group (n=20)
C —
o
S a
AM direction M direction PM direction
50
Central zone (%)
_| > 0.4
s s °;
| I "I o« o 0
a 2
^
IJS 1 0JS 0 3 2.5 2 1.5 1 0.5 (
Mediolateral posi t ion (cm)
A M M PM
Reaching direct ions
Figure 4.2 Global body strategies along the vertical axis (A) and horizontal plane (C) in the central zone phase. A: the profiles for global CoM lowering (#) and for range of CoM velocity (# #) are illustrated for one limb of both groups (n=10) during the medial reaching direction at the SEBT. B: mean values (±1SD) for global CoM lowering and range of CoM vertical velocity of both groups. C: CoM displacement in the horizontal plane (# # #) during the different conditions (directions and limbs) in both groups. Horizontal resultant lines of the global CoM position at foot touch (doted circles) were calculated and used for further statistical analyses. D: mean values (±1SD) for global CoM in the horizontal plane. Asterisks represent a significant difference between groups (MANOVA;p<0.05; n=20 limbs per group).
94
_ £
en c i
f l l u E _■
si 3
SO-,
40
30-
20
10-
°_> g- E Ë 1~ "5, Ol §■ c; r o S S & |
.i5 1 c — u °"S s c i 1 o c -
1 5
z _
0
50-,
40-
30-
20-
10-
0
AM
H adjusted R2= 0.273
LAS adjusted R2 = 0,346
M
H adjusted R2= 0,812
LAS adjusted R2= 0,683
PM H adjust R2
= 0,491
U S adjusted R2= 0.693
H adjusted R2= 0,330
LAS adjusted R2= 0,716
H adjusted R2= 0,424
LAS adjusted R2= 0,482
H adjusted R2- 0^29
LAS adjusted R2= 0.536
35 40 15 50 SS 60 35 40 45 50 5S 60 35 40 45 50 55 60
SEBT Performance (% of body's height)
Figure 4.3: Regression lines illustrating the relation between SEBT performances and global CoM lowering for each group, direction and limb. "H adjusted R2"represents the R2
statistic for the healthy group and "L adjusted R2", the R2 statistic for the LAS group. The dominant limb of the healthy group (black line) and the uninjured limb of the LAS group (gray line) are represented in the same graphs whereas the regression lines of the non dominant limb (healthy group) are superimposed to the ones of the injured limb (LAS group).
95
■ Dominant limb _H group DUninjured limb_LA S group Objured limb_LAS group
Reaching directions Reaching directions
Figure 4.4: SEBT performances and motor strategies variables comparison associated to the CoM lowering. A: Comparison of SEBT performances (mean±lSD) between limbs (injured and uninjured) of the LAS group and the dominant limb of the Healthy group for each reaching direction (n=10 limbs per direction); B: Global motor strategy: Global CoM lowering and C and D: Segmental motor strategy: Pelvis lowering (C) and maximal knee flexion (D) (mean±lSD) during each SEBT test conditions (directions and limbs). Significant differences between groups are identified by asterisk (MANOVA test; * p <0.05;#p =0.052).
%
—CoM trunk lowering -^ CoM Pelvis lowering -.Global CoM lowenng 25
CHip ABD of the Reaching l imb ■ CoMPelvis lowering ■ CoMTrunk lowering
A M
S %
| if 11
55 45 35 25
15 5 0
-5
*N.^ • 15 5 0
-5 10 20 30 40 50 60 70 80
Dominant and Dominant and Uninjured limb uninjured limb
Dominant and injured Hmb
Central zone (%)
—— Healthy group - • LAS group
PM direction 4 _
Central zone (%)
50%
Central zone (%)
Figure 4.5: Segmental motor strategy variables derived from global motor strategy variables. A: example for a typical participant of different contributions of the pelvis and trunk lowering to the global CoM lowering between AM and PM directions in the central zone phase.; B: contribution of segmental strategy variables to the global CoM lowering represented by beta standardized coefficients (P) for each reaching direction and each lower limb. Each bar graph represents a combination of the dominant limb of the Healthy group with either the uninjured limb or the injured limb of the LAS group (n=20). C: ADD angular velocities of the reaching limb for the injured limb (doted line) and the control group (black line) in each direction and a summary (mean velocity ±1 SD) at three different time points in the central zone phase for the medial direction. Asterisks represent a significant difference between groups (MANOVA; p<0.05).
CHAPITRE 5 : DISCUSSION GENERALE
Dans ce mémoire, nous nous sommes intéressés dans un premier temps (volet 1) à la
validité de la mesure par estimation visuelle de la variable indicatrice de performance au
SEBT, la distance maximale atteinte (DMA). Nous avons évalué sa validité concomitante
et sa validité discriminante chez un groupe de militaires avec ou sans entorse latérale de la
cheville (ELC). Par la suite, dans le deuxième volet du mémoire, nous avons évalué la
qualité du contrôle moteur chez ces mêmes groupes au cours de la tâche du SEBT à partir
de variables de stratégies motrices. Dans les sections qui suivent, nous aborderons les
principaux résultats démontrant la validité concomitante et discriminante de la DMA.
L'association entre les variables de stratégie globale et la performance au SEBT ainsi que
les différences dans la stratégie globale et les stratégies segmentaires entre les deux groupes
lors du SEBT seront ensuite présentées. Nous poursuivrons en discutant des limites de nos
travaux et des avenues futures de recherche. Finalement, nous donnerons nos conclusions
ainsi qu'un portrait des retombées cliniques du présent projet.
5.1 Volet 1: validité de la principale variable de performance au SEBT
Nos travaux ont permis d'évaluer la validité concomitante entre la mesure par estimation
visuelle de la distance maximale atteinte (DMA) et une mesure étalon (objectif 1.1), dont
l'exactitude et la précision avaient été documentées, chez une population militaire avec et
sans ELC. La validité discriminante (objectif 1.2) et l'effet (objectif 1.3) de différentes
méthodes de normalisation de la DMA ont aussi été étudiées. Notre hypothèse initiale de
recherche (Hl) a été confirmée par la démonstration d'une excellente validité concomitante
de la DMA estimée visuellement lorsque celle-ci est comparée à une mesure étalon. La
procédure standardisée de la mesure par estimation visuelle ainsi que la rigueur dans le
montage expérimental semblent avoir contribué à ce résultat. De plus, nos résultats
démontrent la capacité du SEBT à discriminer des populations ayant une capacité
fonctionnelle différente (validité discriminante). Subséquemment, cette discrimination entre
98
les groupes semble bonifiée par la normalisation de la DMA par la taille des individus
comparativement à la normalisation par la longueur des membres inférieurs.
5.1.1 La validité concomitante et l'exactitude de la DMA mesurée par
estimation visuelle
L'excellente validité concomitante de la DMA estimée visuellement par un évaluateur a été
démontrée à la fois par la force de sa corrélation avec la mesure étalon (R2 ajusté: 0,98), les
coefficients de corrélation intraclasse élevés (ICC > 0,986) entre les deux méthodes de
mesure ainsi que par l'exactitude de l'estimation visuelle. Du présent projet découlent des
résultats originaux puisque la validité concomitante de la mesure principale (DMA estimée
visuellement) permettant de juger de la qualité du contrôle moteur lors du SEBT, est
démontrée pour la première fois et ce, malgré l'usage fréquent de ce test en clinique et en
recherche.
Les bonnes qualités métrologiques de la DMA, qui ont été documentées dans le présent
projet, reposent sur l'utilisation d'une procédure standardisée permettant à la fois de
faciliter la mesure et de réduire les erreurs de mesure. Notre procédure expérimentale a été
développée à partir de celles rapportées dans la littérature(25;28;29). Certaines précisions et
éléments standardisés ont été ajoutés afin de réduire les erreurs systématiques: 1) position
du pied du membre inférieur en appui plus standardisée (quatre marques au sol), 2)
marqueur visuel sur le bout du pied de 0,5 cm et 3) utilisation de rubans gradués apposés
directement au sol. De plus, la procédure utilisée dans le projet de recherche a permis de
diminuer le nombre de manipulations comparativement à celles proposées dans le test
original. Dans ce dernier, l'évaluateur devait à chaque essai marquer la DMA sur une bande
non graduée, placer un ruban à mesurer au sol et, ensuite, estimer visuellement la DMA sur
le ruban. Avec une prise de mesure directe (estimation visuelle) de la DMA lors du toucher,
les erreurs potentielles de mesure rattachées à de multiples manipulations ont été
minimisées. Nos résultats supportent d'ailleurs le fait que notre procédure standardisée
permet d'obtenir des mesures valides de la DMA.
Une autre équipe de recherche a aussi tenté de simplifier la procédure de mesure de la
DMA en utilisant un montage qui demandait aux participants de pousser, à l'aide du bout
99
du pied, des blocs enchâssés sur une échelle graduée au sol. Ce type de montage pouvait
toutefois contraindre les participants à utiliser certaines stratégies motrices tout en les
éloignant des stratégies motrices qu'ils auraient utilisées sans la présence de ces contraintes
(stratégies naturelles). Il nous apparaît essentiel de ne pas imposer de stratégies ou de
limiter les stratégies possibles lors d'un tel test. En effet, la stratégie naturelle choisie par
l'intermédiaire de la planification de la tâche est une indication en soi de la qualité du
contrôle moteur qui se traduira par une performance plus ou moins bonne(i9;23). D'où
l'intérêt de ne pas contraindre l'individu dans la réalisation d'une telle tâche complexe
orientée vers un but.
En plus de la validité concomitante avec la mesure étalon, la présente étude a permis de
documenter l'exactitude de l'estimation visuelle de la DMA et de la mettre en relation avec
certaines caractéristiques descriptives de la variable de la DMA rapportées dans la
littérature. La différence entre l'estimation visuelle de la DMA et la mesure étalon a été très
petite dans le cadre de notre projet. Plus cette différence entre les deux méthodes de mesure
est petite, plus l'exactitude de l'estimation visuelle est grande. Nos résultats démontrent
que plus de 90 % des essais présentaient des différences entre les deux méthodes de mesure
qui se situaient sous 2,32 cm. Il est intéressant de souligner que cette différence apparaît
négligeable puisqu'elle se situe dans l'intervalle des erreurs standardisées de mesure (SEM
=1,64 to 3,7 cm) rapportées pour ce test(iso). De plus, cette différence inter-méthodes est au
moins deux fois plus petite en termes de magnitude que la plus petite différence inter
groupes détectables lors de deux temps de mesure différents (5,41 cm à 7,04 cm)(i29). Cette
excellente exactitude a été mise en évidence pour les différents groupes, les différentes
longueurs de DMA et les différentes directions d'atteinte. Par contre, une tendance à la
surestimation de la mesure par estimation visuelle de la DMA a été notée pour la direction
d'atteinte postéromédiale comparativement aux directions antéromédiale et médiale. Ceci
pourrait être attribuable à la position particulière de la jambe du participant dans cette
direction d'atteinte (bout du pied orienté directement vers le sol) et à la position de
l'évaluateur qui était restreinte en raison du positionnement des caméras du système de
capture du mouvement.
100
Ainsi, l'estimation visuelle de la DMA, lorsqu'une procédure standardisée est utilisée,
permet une mesure valide et précise de la performance au SEBT. Ce résultat est
particulièrement intéressant puisque l'estimation visuelle de la DMA nécessite que très peu
d'équipement et d'habileté particulière(i65).
5.1.2 Validité discriminante et intérêt de la normalisation par la taille
En plus d'établir la validité concomitante de la DMA estimée visuellement, nous nous
sommes intéressés à vérifier sa validité discriminante. L'originalité de nos travaux en lien
avec la validité discriminante du test SEBT réside en la comparaison des différentes
méthodes de normalisation de la DMA rapportées dans la littérature. Aucun résultat n'est
actuellement disponible dans la littérature concernant l'effet de la méthode de
normalisation sur la validité discriminante du SEBT. Nos travaux ont permis de confirmer
notre deuxième hypothèse de recherche qui stipulait que le SEBT permettra de discriminer
les militaires sans entorse des militaires avec une entorse latérale de la cheville (8 semaines
post-trauma).
La nature globale de la tâche au SEBT, qui met à contribution l'ensemble des segments
corporels, soulève un questionnement quant à la pertinence d'utiliser une normalisation par
la longueur des membres inférieurs, tel que fréquemment rapporté dans la littérature. Une
normalisation par la taille serait tout aussi pertinente, tant au plan théorique qu'au regard
des résultats de la présente étude. Ceux-ci démontrent une validité discriminante accrue de
la DMA normalisée par la taille comparativement à la DMA normalisée par la longueur des
membres inférieurs.
5.1.2.1 Validité discriminante
Dans ce mémoire, la validité discriminante du SEBT a été démontrée pour des groupes
ayant des caractéristiques personnelles similaires mais présentant différents niveaux de
capacité fonctionnelle. Cette capacité discriminative a été démontrée pour les deux
méthodes de normalisation et dans les trois directions d'atteinte évaluées au SEBT. Ces
résultats appuient ceux d'études antérieures et démontrent la persistance d'altérations
motrices chez les personnes avec ELC deux mois post-lésion. En effet, plusieurs études
rapportent des altérations persistantes de contrôle moteur plusieurs semaines et mois post-
101
ELC et ce, malgré le retour au sport et l'arrêt du suivi en physiothérapie(8;i3;3i). Mis en
évidence par un plus grand effet de taille, la direction d'atteinte antéromédiale (AM)
semble permettre une discrimination accrue entre les groupes. Cette capacité discriminative
accrue en AM peut être attribuable à des exigences plus grandes, notamment, quant à
l'amplitude de flexion dorsale à la cheville requise dans cette direction d'atteinte(i27). Cette
dernière demeure souvent limitée et douloureuse plusieurs semaines et mois suivant
l'ELC(i6;i8i). Nos résultats soulignent aussi l'absence de différence de performance entre les
membres inférieurs au sein des groupes avec et sans ELC. Ce dernier résultat supporte la
présence d'altérations bilatérales du contrôle moteur rapportées suite à l'ELC(i9;2i;6i). Cet
aspect sera discuté ultérieurement.
5.1.2.2 Intérêt de la normalisation par la taille
La tâche du SEBT sollicite l'ensemble des segments corporels et est relativement peu
contraignante puisqu'elle laisse place à l'utilisation d'une multitude de stratégies motrices
multisegmentaires. Ainsi, lors du test, ce n'est pas seulement les membres inférieurs qui
sont mis à contribution mais également les segments tronc, tête et membres supérieurs.
Puisque la performance au SEBT est corrélée aux paramètres anthropométriques, il apparaît
important de contrôler ces facteurs. Une normalisation de la DMA par la taille des
individus permet de considérer l'influence d'un plus grand nombre de segments corporels
que l'utilisation du paramètre largement utilisé dans la littérature, qu'est la longueur des
membres inférieurs.
La normalisation par la longueur des membres inférieurs serait un paramètre d'intérêt si la
contribution du tronc à la réalisation de la tâche était limitée, ce qui n'est pas le cas.
L'action du tronc lors de cette tâche motrice complexe est cruciale à sa réalisation et au
maintien de l'équilibre. En effet, lors de tâches motrices complexes, telles le maintien de la
stabilité en station unipodale, sur une base mobile multidirectionnelle ou lors d'un coup du
pied de Taekwondo, il a été démontré que la hanche et le tronc sont d'importantes
composantes facilitant la récupération de l'équilibre en diminuant l'accélération du CoM
corporel(ii9;i2i;i39;i70;i7i;i85). De plus, le tronc représente un haut pourcentage de la masse
corporelle (67,8%)(i64). Ainsi, un CoM du tronc plus élevé a le pouvoir de faciliter une
102
performance d'atteinte au membre inférieur en améliorant la force de balancier du tronc,
car un petit déplacement du CoM permettra une grande compensation. Plusieurs auteurs ont
rapporté que le tronc provoque un déplacement du CoM corporel dans la direction opposée
à la perturbation(97;98;i85). Ces connaissances nous ont amenés à considérer une
normalisation par la taille comme étant celle la plus pertinente au plan théorique. Au plan
méthodologique, la mesure de la taille est largement répandue et beaucoup plus facile à
réaliser que celle de la longueur des membres inférieurs qui requiert des habiletés
palpatoires tout en étant grandement influencée par la morphologie des personnes(i46;i82-i84).
De façon intéressante, nos résultats ont supporté l'intérêt de normaliser la DMA par la taille
des individus. Une discrimination accrue des performances au SEBT entre les groupes a été
mise en évidence avec cette méthode de normalisation. Premièrement, contrairement à ■y
Gribble et Hertel (2003), nous avons noté de meilleures corrélations (R ajusté plus grand)
entre la performance au SEBT (DMA brute, en cm) et la taille des participants
comparativement à la longueur des membres inférieurs(ii8). Gribble et Hertel (2003), ayant
privilégié la normalisation par la longueur des membres inférieurs, ont aussi noté que la
corrélation de la perfonnance au SEBT était parfois plus élevée avec une normalisation par
la taille (direction médiale). Leur procédure différente (mains maintenues aux hanches
durant la tâche entière) peut expliquer nos résultats différents. Puis, afin de baser notre
choix de méthode de normalisation sur la capacité du test à discriminer les individus avec
ou sans ELC, nous avons comparé les paramètres statistiques (produits de la MANOVA,
effet groupe et effets de taille) de chaque méthode de normalisation. Bien que la
normalisation par la longueur des membres inférieurs ait été plus largement utilisée, les
résultats des produits de la MANOVA pour toutes les directions d'atteinte ont favorisé la
normalisation par la taille. En effet, la normalisation par la taille présente des produits
statistiques plus grands (MANOVA, effet groupe) et des effets de taille supérieurs à la
normalisation par la longueur des membres inférieurs.
5.2 Volet 2 : différences de stratégies motrices suite à ELC Le deuxième volet de ce mémoire propose des variables de stratégie globale associées à la
performance au SEBT (objectifs 2.2 et 2.3) pour l'évaluation de la qualité du contrôle
103
moteur. Il s'agit de résultats originaux qui permettent d'accroître les évidences démontrant
des altérations du contrôle moteur chez une population avec une lésion d'origine
musculosquelettique.
A l'aide de variables de stratégies globale et segmentaires, nous avons mis en lumière les
altérations du contrôle moteur caractérisant la performance au SEBT des individus avec
ELC comparé à un groupe témoin (objectifs 2.1 et 2.4). L'originalité du deuxième volet
réside en sa capacité à démontrer des altérations bilatérales par le biais de différences
notées dans l'organisation du mouvement (stratégies motrices) à partir de variables
globales. La présence d'altérations bilatérales dans les performances motrices lors de tâches
complexes suite à une ELC avait aussi été étayée par les résultats d'une revue systématique
et de diverses études(i9;2i;6i;i46). Nos résultats permettent donc de confirmer notre troisième
hypothèse de recherche (H3) qui stipulait que les militaires avec une ELC utiliseront des
stratégies globale et segmentaires différentes lors de la tâche SEBT de celles des militaires
sans entorse (groupe témoin).
Les différences de performance au SEBT et de stratégie motrice ont été notées dans presque
toutes les directions d'atteinte étudiées et pour les membres inférieurs lésé et non lésé
(excepté pour la performance du membre non lésé dans la direction médiale). Ce
changement de stratégie globale, caractérisé par un moins grand abaissement du CoM et
une diminution de l'étendue de la vitesse verticale du CoM autour de la zone centrale (le
toucher) est, de plus, associé aux moins bonnes performances caractérisées par la
magnitude de la DMA normalisée par la taille de l'individu. Les variables de stratégie
globale identifiées ont permis de caractériser le comportement du CoM corporel et de faire
ressortir l'organisation tridimensionnelle du mouvement. Il a même été possible
d'expliquer la contribution des variables de stratégies segmentaires aux variables de
stratégie globale, propre à chacune des directions d'atteinte.
Malgré le fait que le centre de pression a été largement utilisé pour caractériser la qualité du
contrôle moteur chez la population sportive, nous ne l'avons pas retenu dans nos analyses.
En effet, tel qu'introduit au chapitre 1 de ce mémoire, le CoP ne nous permettait pas
104
d'évaluer l'organisation tridimensionnelle du mouvement et de la décomposer en stratégies
segmentaires.
5.2.1 Différences de stratégie motrice globale
Tel que supporté par nos résultats, les variables de stratégie globale dans l'axe vertical
semblent être de bons indicateurs de la performance au SEBT. Les associations entre la
performance au SEBT (DMA normalisée par la taille) et les variables de stratégie globale
dans l'axe vertical varient de bonnes à très bonnes. Les différences de stratégie globale
notées entre les groupes avec ou sans ELC peuvent être associées à certains avantages et
contraintes biomécaniques. La différence d'abaissement peut s'expliquer par le fait qu'une
position verticale basse du CoM corporel augmente la stabilité en permettant un meilleur
contrôle du déplacement horizontal du CoM, principal enjeu au maintien de la stabilité lors
d'une tâche avec une base de support fixe. En abaissant le CoM, le participant augmente 1)
la capacité de projection du membre inférieur d'atteinte par une meilleure orientation du
bassin, 2) la possibilité d'utiliser les forces de balancier du corps (tronc) et 3) la quantité de
mouvement disponible aux diverses articulations du membre inférieur (en particulier à la
hanche du membre inférieur en appui). L'utilisation de ces stratégies, comportant des
avantages biomécaniques, facilite les réactions à la perturbation tout en augmentant au
même moment les exigences en contrôle moteur (pour plus de détails, se référer à
l'introduction).
Les différences notées pour la variable de l'étendue de la vitesse verticale du CoM, pour
leur part, semblent attribuables à une approche plus prudente des participants avec ELC.
Leur variation de la vitesse du CoM autour de la zone centrale du toucher à la DMA est
plus petite comparée à leurs pairs sans ELC. Ainsi, lors du toucher en ralentissant la
vélocité du CoM dans l'axe vertical, les participants avec entorse semblent se laisser une
plus grande latitude dans l'enchaînement des deux sous-tâches (l'aller et le retour de la
DMA). De plus, la vitesse maximale du CoM réduite suite au toucher pour ce groupe
(manifestation d'un redressement du corps retardé) peut aussi témoigner de l'utilisation du
membre d'atteinte pour récupérer l'équilibre suite à la perturbation interne induite.
Plusieurs études ont, en effet, démontré que des segments davantage dispersés autour du
105
CoM facilitent le maintien de la Stabilité(97;i37-i39;i44;i90). Ces caractéristiques du
comportement vertical du CoM peuvent tous deux témoigner d'un contrôle moteur altéré.
Finalement, les variables de stratégie globale dans le plan horizontal possèdent des
caractéristiques différentes selon le groupe étudié. Ces variables représentent un reflet de la
quantité maximale de déplacement du CoM que le participant est prêt à tolérer tout en étant
capable de maintenir sa stabilité. Cette tolérance est directement liée à la limite de stabilité
perçue de l'individu. La résultante horizontale du CoM (distance entre le centre du pied et
la position moyenne du CoM lors de la zone centrale) peut être une estimation de la limite
de stabilité perçue par l'individu. Une position horizontale du CoM lors du toucher plus
près du centre du pied est notable chez les participants avec ELC en particulier dans la
direction d'atteinte antéromédiale. De plus, l'excursion horizontale du CoM global semble,
pour le groupe sans ELC, posséder des caractéristiques propres à chaque direction
d'atteinte. Cette excursion du CoM adaptée à chacune des directions est moins évidente
chez le groupe avec ELC (excursion plus groupée). Ce résultat supporte entre autres le
concept que le système nerveux central, et les systèmes qui y sont reliés, du groupe avec
ELC s'adapte moins aux variations de la tâche : les différentes directions d'atteinte(i94).
5.2.2 Différences de stratégies motrices segmentaires Les différences de stratégie globale chez les individus avec ELC sont principalement
expliquées par certains changements de stratégies segmentaires soit : un abaissement du
bassin diminué et un retour plus lent du membre inférieur d'atteinte vers la position initiale,
près du corps. Le groupe ELC abaisse moins son bassin lors du toucher, principalement en
fléchissant moins le genou (toutes les directions) et la cheville (en direction antéromédiale)
du membre inférieur en appui. Ces différences de stratégies segmentaires au genou sont
notables dans toutes les conditions avec le membre inférieur lésé et la plupart des
conditions avec le membre inférieur non lésé en appui. Cette diminution de flexion du
genou lors de performances au SEBT a déjà été documentée dans la littérature(30;i45). Il est à
noter qu'à partir des critères de sélection des participants, il est possible d'assumer que les
segments tronc et bassin ne présentent aucune limitation.
106
Pour sa part, l'étendue de la vitesse verticale du CoM global, qui est plus petite pour le
groupe avec ELC, semble principalement attribuable à un redressement retardé du CoM
global. Ce redressement retardé semble être lié à la dispersion prolongée du membre
inférieur d'atteinte autour de l'événement du toucher. La dispersion prolongée du membre
inférieur d'atteinte est mise en évidence par un changement lent de la vitesse angulaire
d'adduction du membre inférieur d'atteinte après le toucher au moment même où les
exigences en stabilité et en contrôle moteur sont accrues. Ce comportement a le potentiel
d'offrir une meilleure stabilité au participant ayant un moins bon contrôle moteur. Le
redressement à vitesse constante contrairement à la courbe en cloche («bell-curve ») de la
vitesse présent chez les contrôles permet au participant avec LAS 1) d'avoir davantage de
temps pour corriger une perte d'équilibre, 2) de prolonger la période avantageuse pour le
contrôle de la stabilité (pendule inversé) et 3) de diminuer l'effet de la perturbation interne
par un abaissement prolongé. De plus, un changement rapide de vitesse chez le groupe sain
témoigne d'un contrôle moteur plus complexe en regard à la planification qu'il nécessite
(coordination intersegmentaire).
L'étendue plus petite de la vitesse verticale du CoM global ne semble pas être expliquée
par des vitesses angulaires diminuées au membre inférieur en appui. En effet, elles ne
diffèrent pas significativement entre les groupes (excepté pour la vitesse angulaire en
flexion dorsale, en direction postéromédiale). Cette absence de différence peut être
attribuable à 1) une répartition des variations de vitesse angulaire parmi les trois
articulations du membre inférieur en appui, 2) la variabilité inhérente de la variable étudiée
lors d'altération du contrôle moteur et 3) à une grande variabilité de ces variables au sein
des groupes.
5.2.3 Complémentarité des directions d'atteinte sur le plan du contrôle
moteur
Finalement, la présente étude confirme l'intérêt d'évaluer au minimum les trois directions
d'atteinte étudiées car elles semblent apporter une information spécifique et
complémentaire^). L'aspect complémentaire et non redondant des trois directions
d'atteinte étudiées sur le plan du contrôle moteur se base sur les différences de stratégies
107
segmentaires observées dans les différentes directions. Ce résultat a été plus récemment
appuyé par une différence d'activation musculaire en fonction de la direction d'atteinte(i76).
Les différences d'activation musculaire et de la cinématique reposent sur la présence
d'exigences différentes associées à chacune des directions d'atteinte(i95;i96).
En résumé, les différences de stratégies motrices suite à une ELC sont notables lors d'une
tâche motrice complexe telle que le SEBT. De plus, les altérations du contrôle moteur sont
perceptibles dans les stratégies globales témoignant de l'organisation du mouvement de
tout le corps que la tâche soit réalisée sur le membre inférieur lésé ou non lésé. Les résultats
de la présente étude supportent ainsi l'hypothèse d'une réorganisation motrice centrale suite
à une blessure localisée au système musculo-squelettique telle l'entorse latérale de la
cheville. Les résultats découlant de ce mémoire supportent l'intérêt d'utiliser ce type de
tâche motrice complexe pour évaluer la qualité du contrôle moteur et la récupération
motrice à la suite d'une lésion ou en présence d'un désordre musculo-squelettique au
membre inférieur.
5.3 Limites du projet et avenues de recherche 5.3.1 Limites du projet
Les résultats de ce mémoire découlent d'échantillons restreints (deux groupes de 10
participants). En conséquence, ces résultats devront être confirmés chez un plus grand
nombre de participants. Une grande rigueur a toutefois été mise au stade de la sélection des
participants afin que ceux-ci soit représentatifs de la population cible. Nos résultats
démontrent par ailleurs que les groupes étudiés étaient similaires au niveau de leur statut
militaire (niveau d'activité) et de leur genre. Cette comparabilité au plan des
caractéristiques personnelles a permis de bien contrôler des facteurs qui auraient pu
influencer nos résultats, particulièrement au regard des analyses de différences intergroupes
et ce même si les participants n'ont pas été appariés dès leur sélection. Bien que diverses
procédures au SEBT ont été publiées et que jusqu'à huit directions d'atteinte peuvent être
évaluées(ii5), nous avons choisi de réaliser que trois directions d'atteinte, soit celles où des
altérations avaient été notées pour la population avec ELC et qui représentent la diversité
des directions étudiées. Ainsi, les conclusions de ce mémoire quant aux qualités
108
métrologiques et aux altérations dans les stratégies motrices s'appliquent aux trois
directions d'atteinte étudiées (antéromédiale, médiale et postéromédiale).
Les participants du groupe avec ELC ont reçu des interventions de réadaptation qui
n'étaient pas les mêmes pour tous. Ce projet de maîtrise s'insérait dans un projet de plus
grande envergure visant à comparer les effets d'une nouvelle intervention de réadaptation
favorisant un meilleur contrôle moteur à celle d'une intervention conventionnelle. Ainsi, les
altérations du contrôle moteur ont pu être influencées par ces interventions et accroître la
variabilité du groupe avec ELC. Ainsi, l'hétérogénéité du groupe ELC a pu diminuer notre
capacité à détecter des différences de performance et de stratégies motrices avec le groupe
contrôle. De plus, la nouvelle intervention réalisée chez une partie du groupe ELC peut
avoir contribué à limiter la détection de différences inter jambes dans ce groupe. En effet, la
réalisation d'exercices en station unipodale sur chacun des membres inférieurs (lésé et non
lésé) a été proposée lors de cette intervention.
De façon plus spécifique, pour le volet 1, la prise d'une mesure simultanée de la DMA par
estimation visuelle et de la mesure étalon peut avoir limité le positionnement optimal de
l'évaluateur lors de l'estimation visuelle de la DMA. Cette limitation peut avoir eu l'effet
de sous-estimer l'exactitude et la validité concomitante de l'estimation visuelle dans la
direction d'atteinte postéromédiale, tel que spécifié précédemment. Dans un contexte
d'évaluation non instrumenté, l'évaluateur aura en effet moins de contrainte de
positionnement.
De façon plus spécifique pour le volet 2, certains facteurs ont pu influencer les résultats.
L'appréhension lors des essais sur le membre inférieur lésé aurait pu influencer nos
résultats. L'influence de ce facteur sur la performance est limitée étant donné que
l'évaluation a lieu à huit semaines après la blessure. À huit semaines, le participant a repris
ses activités et ses loisirs et présente peut de signes et symptômes locaux. Par exemple, le
facteur dominance aux membres inférieurs n'a pas été pris en compte. Ceci nous a amené
au stade de l'analyse à comparer les membres inférieurs du groupe avec ELC au membre
inférieur dominant du groupe témoin. Ainsi, nous avons, potentiellement, surestimé la
différence entre le membre inférieur non lésé du groupe avec ELC (qui n'était pas
109
nécessairement le membre dominant) et le membre inférieur dominant (groupe sans ELC).
De plus, selon certaines études, une altération du contrôle moteur est un facteur
prédisposant à l'ELC(i30;i3i;i97). Ainsi, des personnes ayant une altération du contrôle
moteur pourraient être plus susceptibles de subir une ELC. N'ayant pas de données
documentant la qualité du contrôle moteur avant la lésion, nous ne pouvons pas conclure
hors de tout doute que ces altérations étaient absentes a priori. Ainsi, il demeure possible
que certaines altérations du contrôle moteur au membre inférieur non lésé (et lésé) étaient
présentes avant la blessure.
Certains choix expérimentaux peuvent avoir limité la capacité de conclure sur la présence
de différences inter groupes au niveau des variables de stratégie globale dans le plan
horizontal. Les limites de la base de support (contour du pied du membre inférieur en
appui) n'ont pas été sondées. Nous croyons qu'en connaissant les limites de la base de
support, nous aurions pu noter des différences plus importantes entre les groupes. Par
exemple, la longueur des pieds, bien que similaire entre les groupes (p>0,05), et
l'orientation du pied (position naturelle choisie par le participant en début
d'expérimentation) pourraient avoir influencé la trajectoire du CoM. Une normalisation du
déplacement horizontal du CoM aurait alors pu être réalisée. Finalement, il est à noter que
le CoM du corps, variable de stratégie globale, est un modèle, une estimation de la somme
de toutes les masses qui ne considère pas, dans le présent projet, la proportion des segments
propre au participant.
En résumé, bien que notre projet comporte des limites méthodologiques, celles-ci ont une
portée circonscrite.
5.3.2 Avenues de recherche et intérêts futurs
Tel que mentionné précédemment, le présent projet de maîtrise s'insère dans un projet de
plus grande envergure qui vise à évaluer l'effet d'une nouvelle intervention dispensée aux
militaires avec ELC. À l'aide des variables de stratégies globale et segmentaires identifiées
au cours du projet de maîtrise, nous serons en mesure de comparer les stratégies motrices
des participants avec ELC entre eux. Ceci permettra d'évaluer l'effet de la nouvelle
intervention orientée vers des exercices globaux et des tâches motrices complexes. L'intérêt
110
de la DMA estimée visuellement comme mesure de résultats dans des études de grande
envergure a aussi été confirmée au plan de sa validité concomitante, discriminante et de son
association avec des mesures plus complexes de stratégies globale et segmentaires. Un
projet de plus grande envergure, évaluant l'efficacité de cette nouvelle intervention,
permettra de mesurer son impact sur d'autres variables d'intérêt tel le taux de récidives des
ELC, principal enjeu suite à une ELC.
Dans l'objectif d'amplifier les retombées cliniques de ce projet, il pourrait être intéressant
d'évaluer les stratégies motrices et les performances au SEBT chez différentes populations
ainsi que de développer des outils permettant aux cliniciens de documenter les stratégies
globales. Par exemple, des études pourraient évaluer la présence de différences de stratégies
motrices entre les adultes et les enfants, entre les hommes et femmes ainsi qu'entre une
population adulte active et une population active plus âgée. Le développement et la
validation d'outils cliniques afin de caractériser les stratégies motrices semble aussi une
avenue de recherche des plus pertinentes bien qu'ils représentent de grands défis.
Finalement, nous espérons avoir fait ressortir le besoin de créer des tables de valeurs
normatives ou des données de base (antérieure à la blessure), en particulier chez les
militaires ou les équipes sportives, vues la présence d'altérations bilatérales du contrôle
moteur suite à l'ELC.
CHAPITRE 6: CONCLUSION Ce mémoire a tout d'abord permis de démontrer la validité concomitante et discriminante
de la principale variable indicatrice de performance au Star Excursion Balance Test
(SEBT), dans le contexte expérimental utilisé, la distance maximale d'atteinte (DMA). Il a
également permis de caractériser la qualité du contrôle moteur des personnes présentant une
ELC. Nos résultats suggèrent la présence d'altérations du contrôle moteur chez les
personnes présentant une ELC par le biais de différences de stratégies globale et
segmentaires lors d'une tâche motrice complexe tel le SEBT. Ainsi, suite à une ELC, une
diminution de la qualité du contrôle moteur serait présente au niveau de l'organisation du
mouvement du corps en entier et, ce même lors de performances motrices réalisées sur le
membre non lésé.
De ce projet de maîtrise découlent plusieurs retombées cliniques intéressantes en lien avec
l'évaluation de la qualité du contrôle moteur chez une population avec une atteinte
musculo-squelettique au membre inférieur. Les sections suivantes présentent les principales
retombées cliniques que propose ce mémoire.
6.1 Retombées cliniques en regard au volet 1 Le volet 1 de ce mémoire supporte l'utilisation de la DMA évaluée visuellement pour
estimer la performance motrice au SEBT puisque celle-ci s'est révélée valide (concomitante
et discriminante) et exacte. La normalisation de la DMA par la taille permet de contrôler
pour les caractéristiques des individus et est recommandée, particulièrement lorsqu'une
comparaison inter-individus ou inter-groupes est planifiée. Ainsi, du volet 1 se dégage
l'intérêt d'utiliser une procédure standardisée afin de s'assurer de la validité de la mesure et
d'optimiser les qualités métrologiques du SEBT. Cette procédure est à la fois simple et peu
coûteuse et peut être facilement appliquée à la pratique clinique. De plus, elle ne modifie
pas la consigne au test ni ne contraint la stratégie motrice ce qui permet d'augmenter les
exigences associées à la planification motrice de la tâche motrice complexe.
112
6.2 Retombées cliniques en regard au volet 2 Le volet 2 de ce mémoire a, pour sa part, permis d'identifier des variables de stratégie
motrice globale qui sont associées à la performance au SEBT. L'intérêt de ces variables se
manifeste aussi par leur capacité à discriminer les groupes avec ou sans ELC et à témoigner
de la présence d'altérations du contrôle moteur lors d'une performance sur le membre non
lésé. De ces résultats ressort l'importance d'évaluer la qualité du contrôle moteur lors de
tâches motrices complexes réalisées sur chacun des membres inférieurs. Les évidences
d'altérations bilatérales du contrôle moteur suite à une ELC limitent l'usage du membre
inférieur non lésé comme référence par rapport au membre inférieur lésé. Ainsi, l'absence
de différences inter-membre ne permet pas de conclure à l'absence d'altération de contrôle
moteur.. Finalement, les altérations bilatérales du contrôle moteur soulignent l'importance
d'orienter les interventions vers des tâches globales et complexes impliquant plusieurs
segments corporels des membres inférieurs.
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ANNEXES
Annexe A Certificat éthique
Formulaire de consentement 1-Comité d'éthique en recherche de 1TRDPQ
2- Comité d'éthique des Forces Canadiennes
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Institut de réadaptation en déficiente physique de Québec
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CERTIFICAT D'ETHIQUE
Québec, le 21 juin 2010
Nous attestons que les membres du comité d'éthique de la recherche de l'Institut de réadaptation en déficience physique de Québec ont évalué le projet de recherche # 2010-197 « Effets d'une nouvelle intervention sur le contrôle dynamique du membre inférieur chez des personnes avec une entorse de la cheville : étude exploratoire », à la séance du 19 mai 2010.
Soumis par : Hélène Moffet
Les membres du comité d'éthique de la recherche sont :
Sylvain Auclair (spécialiste en éthique) Pauline Beaupré (personne ayant une vaste connaissance des méthodes ou des domaines de recherche) Thérèse Brousseau (représentante des gestionnaires cliniques) Marlène Cadorette (spécialiste en droit) Lucie D'Anjou (représentante clinique) Claude Lépine (représentant des usagers) Stéphane Poirier (représentant des usagers) Manon Truchon (personne ayant une vaste connaissance des méthodes ou des domaines de recherche) Jacques Vachon, (personne ayant une vaste connaissance des méthodes ou des domaines de recherche)
Nous certifions que cette recherche a obtenu notre accord au point de vue de l'éthique, pour les objectifs 1 à 3, et qu'elle est approuvée pour une période d'un an, soit jusqu'au 21 juin 2011.
Sylvain Auclair Président du comité d'éthique de la recherche Institut de réadaptation en déficience physique de Québec
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N° DU PROJET :
TITRE DU PROJET :
(réservé à l 'administration)
Effets d'une nouvelle intervention sur le contrôle dynamique du membre inférieur chez des personnes avec une entorse de la cheville : Étude exploratoire
RESPONSABLE(S) ET COLLABORATEURS: Responsables : Hélène Moffet, Ph D, pht (CIRRIS/1RDPQ et Département de réadaptation, Université Laval); Marc Perron, MSc, pht (Centre de Santé Valcartier et Département de réadaptation, Université Laval)
Co-chercheurs : Laurent Bouyer, PhD, Luc Hébert, PhD, pht
Etudiante à la maîtrise ; Maude Bastien, pht
ORGANISME DE SUBVENTION :
Subvention de l 'OPPQ-REPAR (en attente du résultat du concours)
INTRODUCTION : Nous vous invitons à participer à un projet de recherche dont le titre apparaît ci-haut. Ce projet a pour but de comparer de façon exploratoire, les effets de deux approches de réadaptation sur la qualité de la récupération motrice (c'est-à-dire le contrôle dynamique du membre inférieur) des militaires qui ont subi une entorse latérale de la cheville. Ce projet se déroule dans la région de Québec au Centre de Santé de Valcartier et au Centre interdisciplinaire de recherche en réadaptation et intégration sociale. Il est sous la responsabilité de chercheurs qui œuvre dans de ces établissements et à l'Université Laval. Avant d'accepter de participer à ce projet de recherche, veuillez prendre le temps de lire, de comprendre et de considérer attentivement les renseignements qui suivent. Ce formulaire d'information et de consentement vous explique le but de ce projet de recherche, les procédures, les avantages, les risques et les inconvénients, de même que les personnes avec qui communiquer au besoin.
Le formulaire d'information et de consentement peut contenir des mots que vous ne comprenez pas. Nous vous invitons à poser toutes les questions que vous jugerez utiles au chercheur responsable du projet et aux autres membres de l'équipe de recherche afin d'éclaircir les informations fournies.
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NATURE ET OBJECTIFS DE L'ÉTUDE
Plus spécifiquement, l'étude vise à 1) Comparer, de façon exploratoire, les effets de l'intervention de rééducation usuelle à ceux d'une nouvelle intervention de rééducation plus globale nouvellement développée par les Forces Canadiennes (FC), 2) Vérifier l'association des mesures cliniques et de laboratoire (volet non expérimental), 3) Décrire la qualité du contrôle dynamique suite à une entorse latérale de la cheville, et 4) Déterminer la meilleure procédure, entre l'entrevue téléphonique et le questionnaire électronique acheminé par courriel, pour recueillir l'information concernant les récidives d'entorse et la persistance des symptômes d'instabilité fonctionnelle à moyen terme, c'est-à-dire entre 12 et 18 mois post-entorse. Cette étude exploratoire permettra de fournir des informations essentielles au développement d'une étude de plus grande envergure qui permettra d'établir quelle est la meilleure approche de rééducation pour favoriser une récupération motrice optimale et minimiser les récidives d'entorse.
DÉROULEMENT DE L'ETUDE :
POUR LES MILITAIRES AVEC ENTORSE DE LA CHEVILLE Recrutement et assignation dans les groupes : Un total de vingt-deux (22) militaires avec une entorse latérale de la cheville participeront à l'étude. Ils seront recrutés au service de physiothérapie du Centre de santé Valcartier par un coordonnateur dans les cinq (5) jours suivant leur blessure. Si vous êtes parmi ces 22 militaires, vous serez assigné au hasard dans l'un des 2 groupes d'intervention suivants: 1) le groupe recevant la nouvelle approche de rééducation comprenant des exercices globaux favorisant l'amélioration du contrôle du mouvement ou, 2) le groupe recevant l'approche d'intervention conventionnelle offerte actuellement au Centre de Santé Valcartier. L'assignation dans l'un des deux groupes, se fera à la suite de l'évaluation pré-intervention Des premiers soins ayant pour objectif de contrôler le processus inflammatoire pourront être donnés avant l'assignation à un groupe tel que : le repos, l'élévation, l'application de glace, les bains contrastes, le taping de la cheville et la prescription d'un accessoire à la marche Après avoir été assigné à l'un ou l'autre des deux groupes, vous serez invité à vous présenter au point de service de la base militaire de Valcartier qu'on vous aura assigné: au Gymnase pour le groupe «nouvelle intervention» et au Centre de Santé pour le groupe « intervention conventionnelle ». Évaluations de votre condition physique : Votre condition physique sera évaluée à 2 reprises par un physiothérapeute. La l"e évaluation, d'une durée d'environ 60 minutes, aura lieu avant le début des interventions à l'étude (évaluation pré-intervention) dans une salle d'évaluation du Centre de santé Valcartier. La 2''"" évaluation se tiendra au Centre interdisciplinaire de recherche en réadaptation et intégration sociale (CIRRIS), à l'Institut de réadaptation cn déficience physique de Québec, site Hamel, au cours de la 8e semaine suivant votre traumatisme (évaluation post-intervention). Elle sera d'une durée d'environ 3h30. Elle comprendra, en plus des tests et des questionnaires réalisés à la première évaluation, des tests supplémentaires en laboratoire qui mesureront la qualité du contrôle dynamique des membres inférieurs (jambe saine et atteinte). Les mesures prises aux deux évaluations sont : deux questionnaires fonctionnels (LEFS et FADI) évaluant la douleur et la fonction de votre cheville au cours d'activités quotidiennes et sportives, l'intensité de la douleur perçue, la force musculaire maximale au pourtour des chevilles (tests sous le seuil de la douleur), le gonflement et les amplitudes de mouvement de vos chevilles. PoutJâ^évaluation, qui aura lieu au CIRRIS, vous réaliserez des tests supplémentaires, soit une évaluaù^xn fabû^itoire de la tâche « se tenir en appui sur une jambe ». Cette tâche sera faite du côté &SpSi3ÀH, /^P blessé dans diverses conditions (avec et sans vision, avec et sans coussin sous le pied eiffvecç%san»SJtteinte d'une cible) Elle
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sera réalisée dans ces conditions sur une base fixe et sur une base mobile (planche d'équilibre). Pendant l'exécution de cette tâche, nous mesurerons les mouvements de votre corps (tête, tronc, membres inférieurs et supérieurs) et les forces sous votre pied en appui. Lors de cette dernière évaluation, nous ferons de plus, certains tests cliniques qui sont utilisés fréquemment dans les éludes avec des personnes blessées par entorse soit une épreuve de sauts sur une jambe. Si vous êtes assigné dans le groupe « nouvelle intervention », vous participerez à des séances en gymnase où vous ferez un circuit d'exercices adapté à vos besoins. Cette nouvelle intervention sera offerte sur une période de 6 à 8 semaines à raison de 3 séances par semaine (environ 1 heure/ séance). Elle sera supervisée par des professionnels de la physiothérapie. Ce circuit comprend dix stations; chacune d'elles ayant pour objectif de solliciter différemment les systèmes contribuant au contrôle dynamique du membre inférieur. Chaque station est constituée d'exercices d'un niveau croissant de difficulté permettant d'adapter constamment l'intervention à vos capacités. En phase aiguë, les exercices seront débutés au membre inférieur sain jusqu'à ce que la mise en charge soit tolérée sur la cheville blessée. On vous demandera de noter les exercices que vous aurez faits sur une feuille de route tout au long de la période d'intervention. Si vous êtes assigné dans le groupe « intervention conventionnelle », vous participerez en moyenne à 6 à 10 séances individualisées d'intervention d'une durée de 30 à 45 minutes chacune. Ces séances seront supervisées par des professionnels de la physiothérapie et auront lieu au Centre de Santé Valcartier. Vous devrez réaliser les jours sans séances supervisées, des exercices autonomes pour assurer un retour sécuritaire à vos activités. Votre physiothérapeute documentera les exercices que vous aurez faits sur une feuille de route tout au long de la période d'intervention. Pour l'ensemble des militaires avec une entorse de la cheville, vous serez contacté 12 à 18 mois suivant votre entorse par téléphone ou par courriel par un membre de l'équipe. Nous vous demanderons alors de compléter un court questionnaire de 10 à 15 questions afin de savoir si vous vous êtes blessé de nouveau à la cheville (récidive d'entorse) ou si vous éprouvez des symptômes d'instabilité à votre cheville blessée.
RECRUTEMENT ET ÉVALUATION DES MILITAIRES SANS ENTORSE En plus des militaires avec une entorse de la cheville, nous recruterons onze (11) militaires sans antécédents d'entorse afin d'établir une base de comparaison pour l'ensemble des mesures qui seront prises. Les militaires sans antécédents d'entorse participeront uniquement à une évaluation dont le contenu et la durée sera similaire à l'évaluation post-intervention (durée 3h30; au CIRRIS et comprenant des mesures cliniques et de laboratoire).
RISQUES POTENTIELS ET AVANTAGES POSSIBLES !
Les risques inhérents aux évaluations et aux interventions sont faibles et comparables aux risques d'évaluation classique en laboratoire car des tâches simples seront utilisées. Il en est de même pour les interventions qui présentent des risques comparables à toutes interventions usuelles de réadaptation qui comportent des exercices physiques. Les deux types d'intervention, présentés dans le présent projet de recherche, représentent aussi peu de risques puisque ceux-ci sont déjà offerts à la base militaire de Valcartier depuis environ 2 ans. Leur faisabilité a été bien démontrée.
Vous pourrez retirer certains avantages directs de votre participation à cette étude. D'abord l'ensemble des participants avec entorse auront un suivi systématique de leur condition et pourront participer de façon structurée à une intervention de rééducation. Pq_l^_s^feUcipants du groupe « nouvelle intervention », l'expérimentation de cette approche basée sur les^pnncipes d«Jcontrôle moteur et utilisant une formule novatrice (circuit d'exercices) peut être intéressaj^PJPgp_yt_^\e puisque cette approche
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favorise une prise en charge de sa rééducation par le participant.
Certains avantages indirects peuvent aussi être retenus. Pour les participants des 2 groupes d'intervention et les participants sans antécédents d'entorse à la cheville, la contribution à l'avancement des connaissances est un avantage indirect. L'amélioration des approches de rééducation post-entorse est une préoccupation qui touche particulièrement la communauté des militaires de par la grande prévalence de cette problématique. AUTRES TRAITEMENTS POSSIBLES
Si vous décidez de ne pas participer au projet de recherche ci-haut mentionné, vous recevrez les interventions en physiothérapie habituellement offertes par la base militaire de Valcartier sans aucun préjudice à votre endroit.
INCONVÉNIENTS PERSONNELS
La participation à cette étude demande un investissement de temps pour participer aux évaluations et aux interventions. Plus particulièrement, la deuxième évaluation est d'une durée assez longue, soit environ 3h30. Elle nécessite, de plus, un déplacement à l'Institut de réadaptation en déficience physique de Québec (IRDPQ), situé au 550 boulevard Hamel à Québec. Ces éléments peuvent représenter un inconvénient pour vous. Pour aider à couvrir les frais de votre déplacement, une somme forfaitaire de 25$ vous sera offerte. Afin de bien nous assurer que l'exigence des évaluations n'est pas trop grande, des périodes de repos fréquentes, entre les divers tests sont planifiées afin de vous permettre de vous reposer et de minimiser votre fatigue. Le nombre et la durée des périodes de repos pourront être allongés selon votre tolérance.
PARTICIPATION VOLONTAIRE ET RETRAIT DE LA PARTICIPATION : Vous participez à cette étude sur une base volontaire. Vous pourrez vous retirer à tout moment pendant l'étude, et ce sans préjudice. À ce moment-là, si vous êtes dans le groupe de circuit d'exercices, les services usuels de la base militaire de Valcartier vous seront prodigués sans l'ajout du circuit d'exercices.
CLAUSE DE RESPONSABILITÉ En acceptant de participer à cette étude, vous ne renoncez à aucun de vos droits ni ne libérez les chercheurs, le commanditaire ou les institutions impliquées de leurs obligations légales et professionnelles.
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QUESTIONS AU SUJET DE L ÉTUDE : Si vous avez des questions au sujet de l'étude ou si votre condition physique a changé, vous pouvez rejoindre les personnes suivantes:
■ Coordonnatrice au CIRRIS : Maude Bastien : (418) 529-9141 (6032) • Coordonnateur à la base militaire de Valcartier : à déterminer
Si vous avez des questions concernant vos droits à titre de sujets d'étude ou des questions d'ordre "éthique", vous pouvez contacter Francine Defoy, secrétaire du comité d'éthique de l'Institut de réadaptation en déficience physique de Québec, au 418- 529-9141, poste 6036
INDEMNITÉ COMPENSATOIRE :
Un somme forfaitaire de 25.00$ vous sera donnée pour vous aider à couvrir vos frais de déplacement à la 2' évaluation qui se déroulera au Centre interdisciplinaire de recherche en réadaptation et intégration sociale (CIRRIS) à l'IRDPQ. Vous n'aurez pas à défrayer de coûts rattachés aux interventions et évaluations de cette étude. Si vous deviez subir quelque préjudice que ce soit dû à votre participation au projet de recherche, vous recevrez tous les soins et services requis par votre état de santé, sans frais de votre part. En acceptant de participer à ce projet, vous ne renoncez à aucun de vos droits ni ne libérez les chercheurs ou l'établissement de leur responsabilité civile et professionnelle.
CONFIDENTIALITÉ, CONSERVATION ET UTILISATION DES RÉSULTATS
Le chercheur et son équipe respecteront la confidentialité dans les limites permises par la loi. Toutes les informations et données recueillies dans le cadre de cette étude seront traitées de façon confidentielle et elles seront utilisées qu'à des fins scientifiques Elles seront conservées pendant 8 ans après la fin de l'étude el détruites, par la suite. Les dossiers originaux seront conservés de façon sécuritaire (classeurs sous clé). Certains représentants des comités d'éthique des établissements que vous aurez fréquentés ainsi que des organismes publics autorisés auront accès au dossier de recherche à des fins de surveillance et de contrôle. Les données concernant les participants seront classées en utilisant leurs initiales et des codes numériques. Les résultats de la présente étude pourront être publiés, mais l'identité des participants ne sera pas révélée. Les participants qui voudront connaître ces résultats pourront les obtenir en communiquant avec la coordonnatrice. Le participant aura droit d'accès à son dossier de recherche pour vérifier les renseignements recueillis, et les faire rectifier au besoin.
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Insl i lul Al réadaptation en déficience plwsi.^ut de Québec FORMULAIRE DE CONSENTEMENT
Inslilul unwtrsitaiit
N° de projet :
Titre du projet : Effets d'une nouvelle intervention sur le contrôle dynamique du membre inférieur chez des personnes avec une entorse de la cheville : Etude exploratoire
Responsable(s) du projet : Hélène Moffet, PhD, pht
1) Le(la) responsable m'a informé(e) de la nature et des buts de ce projet de recherche ainsi que de son déroulement;
2) Le(la) responsable m'a informé(e) des risques et inconvénients associés à ma participation;
3) Ma participation à cette étude est volontaire et je peux me retirer en tout temps sans préjudice;
4) Les données de cette étude seront traitées en toute confidentialité et elles ne seront utilisées qu'aux fins scientifiques et par les partenaires identifiés au formulaire d'information;
5) J'ai pu poser toutes les questions voulues concernant ce projet et j'ai obtenu des réponses satisfaisantes;
6) Ma décision de participer à cette étude ne libère ni les chercheurs, ni l'établissement hôte de leurs obligations envers moi;
7) Je sais qu'une somme forfaitaire de 25.00$ me sera attribuée pour la participation à l'évaluation se déroulant au CIRRIS (évaluation post-intervention chez les militaires avec entorse et évaluation des militaires sans entorse);
8) Le(la) responsable m'a remis un exemplaire du feuillet d'information et du formulaire de consentement;
9) J'ai lu le présent formulaire et je consens volontairement à participer à cette étude;
10) Je consens à ce que l'équipe de recherche me contacte à moyen terme (12 à 18 mois) pour un suivi par questionnaire (par courriel ou par téléphone) afin de documenter tout nouvel épisode d'entorse (récidive) ou d'instabilité fonctionnelle,
11) Je désire recevoir une copie des résultats de l'étude □ oui Q non
136
Nom et prénom du sujet Date de naissance Numéro de téléphone
Signature du sujet * Date
Nom du chercheur Date
* Dans le cas de personnes mineures ou inaptes, remplacer la signât
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Signature
e du parent ou du tuteur
-hftFPROvS/CER N° VERSION DATE
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Formule de consentement Force canadiennes
Je soussigné (e), , ayant atteint l'âge de la majorité selon la loi de la province de Québec, me porte par la présente volontaire pour participer à l'étude intitulée «Effets d'une nouvelle intervention sur le contrôle moteur du membre inférieur chez des personnes avec une entorse de la cheville : étude exploratoire»., menée sous la direction de Marc Perron, pht M.Sc. et Dre Hélène Moffet, pht Ph.D. au Centre de santé Valcartier et au Centre interdisciplinaire de recherche en réadaptation et intégration sociale. Je reconnais que ma participation est entièrement volontaire.
J'ai lu et compris la description du projet fournie dans le sommaire du protocole ci-joint, y compris son objectif, les méthodes de recherche et les risques associés à ma participation.
Je sais que les conclusions de l'étude pourraient être publiées, mais que l'on préservera mon anonymat. En aucun cas mon nom ne sera divulgué ni rattaché à l'étude.
On m'a assuré(e) que la communication des renseignements personnels me concernant dans le cadre de cette étude sera faite en toute confidentialité, à l'exception des données dont on ne peut identifier la source, à moins que je consente expressément à la communication de ces renseignements.
Ma participation étant entièrement volontaire, je sais que je peux décider d'y mettre fin à tout moment sans que cela n'ait de conséquence sur ma carrière.
Je sais que si ma participation à l'étude fait en sorte que mon état de santé me rende inapte au service, il se pourrait que je sois libéré(e) des Forces canadiennes.
Si je choisis de ne pas participer à cette étude ou de me retirer de l'étude, je reconnais que je recevrai le traitement conventionnel qui s'applique à mon état de santé (participants qui reçoivent l'intervention).
Les détails de l'étude m'ont été expliqués par et j'ai pu obtenir réponse à mes questions au participant de l'étude.
Je peux obtenir des renseignements supplémentaires sur le projet et obtenir réponse à toute autre question au participant de l'étude en m'adressant à Maude Bastien, 418 529-9141 poste 2423.
Je sais que je suis considéré(e) comme en fonction / service durant ma participation au projet de recherche. La signature de mon supérieur immédiat / commandant atteste qu'au lieu d'assumer mes tâches normales, j'ai été réaffecté(e) à ce projet de recherche.
138
Étant donné que le Tribunal des anciens combattants (révision et appel) ou la commission des accidents du travail de la province appropriée tranche cas par cas les questions d'incapacité ou de décès qui lui sont présentées, je sais qu'il n'y a aucune garantie que l'incapacité ou le décès survenus dans le cadre de l'étude soient considérés comme consécutifs ou rattachés directement au service militaire / travail. Par conséquent, le droit à une pension ou à des indemnités pourrait m'être refusé.
Nom du participant Nom du témoin Nom du supérieur
Signature du participant Signature du témoin Signature du supérieur
Date Date Date
Annexe B Schéma représentant le déroulement du test SEBT
140
Essais de pratique
Séquence Essai EEssai Essai
M l . 1 A M x 6 M x 6 PMx6
L» Repos 1 minute L» A M x 6 M x 6 P M x 6
Repos 5 minutes Essais enregistrés Douleur
(VAS) Séquence EEssai Repos Essai Repos Essai
Douleur
(VAS)
M.l. 1 Cond.1 10s Cond.1 10s Cond.1
Repos 10s
M.l. 1 Cond.2 10s Cond.2 10s Cond2
Repos 10s
M.l. 1 Cond.3 10s Cond.3 10s Cond.3
Repos 2 minutes Cond.1 10s Cond.1 10s Cond.1
Repos 10s
I..M.I.2 ! Cond.2 10s Cond.2 I 10s Cond.2
Repos 10s Cond.3 10s Cond.3 10s Cond.3
Le M.l. 1 représente le premier MI évalué et la première condition d'évaluation (Cond.1) sont en accord avec le résultat de la randomisation lié au numéro de participant
Annexe C Modèle expérimental pour le système de capture du mouvement 3D :
Nombre de marqueurs utilisés (section 1) et les points sondés (section 2).
142
Section 1 SEGMENTS No. GAUCHE MARQUEURS REELS No. DROITE
PIED (triangle)
1 2 3
Arrière Milieu Avant
16 17 18
JAMBE (triangle)
4 5 6
Inférieur Milieu
Supérieur
13 14 15
CUISSE 7 8 9
Condyle fémoral latéral sup. Milieu
Proximal
10 11 12
BASSIN (triangle)
arrière
19 20
Pointe gauche Milieu
Pointe droite 20 21
TRONC (triangle) gauche
22 23
Inférieur Milieu
Supérieur 23 24
T E T E (triangle)
arrière
25 26
Pointe gauche Milieu
Pointe droite 26 27
BRAS (triangle)
28 29 30
Distal Milieu
Proximal
34 35 36
AVANT-BRAS (bracelet)
31 32 33
Distal Milieu
Proximal
37 38 39
TETE (triangle)
latéral arrière
40 41
Pointe gauche Milieu
Pointe droite 41 42
TRONC (triangle)
droite
43 44
Inférieur Milieu
Supérieur 44 45
Section 2 SEGMENTS No. GAUCHE POINTS SONDÉS No. DROITE
PIED 40(1) 41(2) 42(3)
Bout du pied (au centre du point de couleur)
Talon Métatarse
47(8) 48(9)
49(10)
JAMBE 43(4) 44(5)
Malléole latérale Malléole médiale
50(11) 51(12)
CUISSE 45(6) 46(7)
Condyle fém. latéral Condyle fém. médial
52(13) 53(14)
BASSIN 54(15) 55(16)
Crête iliaque EIAS
56(17) 57(18)
TRONC 58(19) Articulation gléno-humérale 59 (20)
T Ê T E 60(21) Oreille 61 (22)