Joint loading in the presence of torsional deformities is overestimated unless gait adaptations are considered: a predictive simulation approach
Cette étude démontre que les simulations prédictives intégrant des adaptations de la marche sont essentielles pour estimer avec précision la charge des articulations de la hanche et du genou en présence de déformations torsionnelles fémorales et tibiales, car le fait de ne pas tenir compte de ces ajustements cinématiques naturels conduit à une surestimation significative des forces articulaires.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Le squelette humain n'est pas une statue rigide ; c'est une structure dynamique qui se tord et tourne pour nous maintenir debout et en mouvement. Dans la partie inférieure du corps, le fémur et le tibia possèdent souvent une spirale naturelle, une torsion sur toute leur longueur qui aide à aligner le pied avec la direction du déplacement. Parfois, cette torsion est plus prononcée que la normale, un état appelé déformation torsionnelle. Lorsque le fémur pivote trop vers l'intérieur ou que le tibia pivote trop vers l'extérieur, toute la façon de marcher d'une personne peut changer. Pendant des décennies, les médecins et les scientifiques se sont inquiétés du fait que ces torsions imposent un stress supplémentaire et dommageable aux articulations de la hanche et du genou, pouvant mener à de la douleur ou de l'arthrose plus tard dans la vie. Pour comprendre ce risque, les chercheurs ont traditionnellement utilisé des modèles informatiques pour estimer les forces à l'intérieur de ces articulations. Cependant, une question cruciale est restée en suspens : ces modèles tiennent-ils compte du fait que le corps humain est assez intelligent pour modifier son style de marche afin de compenser un os torsadé ? Si un modèle force une personne à marcher exactement de la même manière, quel que soit son structure osseuse, il pourrait calculer un niveau de stress qui n'arrive jamais réellement dans la vie réelle.
Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de répondre à cette question en construisant un nouveau type de simulation informatique. Au lieu de forcer un squelette numérique à marcher avec un schéma fixe et immuable, ils ont créé un système permettant au squelette de trouver par lui-même la façon la plus efficace de marcher, compte tenu de ses torsions osseuses spécifiques. Ils ont commencé avec un modèle standard d'un être humain adulte, puis ont systématiquement modifié la torsion du fémur et du tibia pour correspondre à la large gamme de variations présentes chez les personnes présentant ces déformations. Ils ont lancé des milliers de simulations de marche, laissant l'ordinateur décider de la manière dont les hanches devaient pivoter et comment les pieds devaient pointer pour avancer de manière fluide à une allure normale. L'objectif était de voir comment les forces à l'intérieur de la hanche et du genou changeaient lorsque le corps était autorisé à adapter son mouvement, par rapport à lorsqu'il était forcé de marcher de manière rigide sans aucun ajustement.
Les résultats ont révélé que les adaptations naturelles du corps sont puissantes et modifient considérablement les forces agissant sur les articulations. Lorsque le fémur présentait une torsion interne excessive, le marcheur simulé tournait naturellement sa hanche vers l'intérieur et pointait ses orteils vers l'intérieur pour compenser. Cet ajustement a changé la direction des forces frappant l'articulation de la hanche. Dans la première partie du pas, la force de compression qui appuie sur la hanche a en fait diminué par rapport à ce que prédisaient les anciens modèles. Cependant, la force de glissement latérale, ou cisaillement, a augmenté. Dans la seconde partie du pas, la force totale sur la hanche a légèrement augmenté. Au genou, l'histoire était différente : la torsion du fémur entraînait des forces de compression et des forces totales plus élevées au début et à la fin du pas. La torsion du tibia avait un effet plus faible, réduisant principalement la force sur le second pic du pas.
Crucialement, l'étude a montré qu'ignorer ces adaptations de la marche conduit à une surestimation grave du danger. Lorsque les chercheurs ont lancé une simulation où ils forçaaient le modèle à os torsadé à marcher avec les mêmes mouvements de jambes qu'une personne saine, l'ordinateur calculait des forces articulaires bien plus élevées que lorsque le modèle était autorisé à s'adapter. Dans une comparaison, la différence entre le pic de force de contact résultante au genou de l'approche non adaptative et de la simulation prédictive était environ trois fois plus grande. Cela suggère que les études précédentes qui ne permettaient pas les changements de démarche ont pu être trop pessimistes quant au stress imposé à ces articulations. La capacité du corps à réorienter ses membres agit comme un tampon, réduisant la charge dans certaines zones tout en la déplaçant vers d'autres.
Les chercheurs ont découvert que la torsion du fémur était le principal moteur de ces changements, ayant un impact beaucoup plus important sur la charge articulaire que la torsion du tibia. Ils ont également noté que, bien que leurs simulations capturent les schémas généraux de la façon dont les personnes présentant ces déformations marchent, les chiffres exacts dépendent des détails spécifiques du modèle informatique. L'étude ne prétend pas avoir résolu le mystère de la façon dont ces déformations causent de la douleur, mais elle fournit une image plus claire de la mécanique impliquée. En laissant le squelette numérique trouver son propre équilibre, les chercheurs ont démontré que le corps humain n'est pas une victime passive de sa structure osseuse, mais un participant actif qui s'ajuste constamment pour protéger ses articulations. Cette perspective suggère que les futures décisions médicales concernant la chirurgie ou le traitement devraient s'appuyer sur des modèles qui respectent ces adaptations naturelles de la marche, plutôt que de supposer que le corps se déplace de manière rigide et immuable.
Noyé(e) sous les articles dans votre domaine ?
Recevez des digests quotidiens des articles les plus récents correspondant à vos mots-clés de recherche — avec des résumés techniques, dans votre langue.