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Le port de charges par lutilisation dun sac : Une revue des aspects physiologiques, biomécaniques et médicaux Thomas RAPHALEN et Gianni BERNARD.

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1 Le port de charges par lutilisation dun sac : Une revue des aspects physiologiques, biomécaniques et médicaux Thomas RAPHALEN et Gianni BERNARD

2 Sommaire : I)Aspects physiologiques du port de charges II)Aspects biomécaniques du portage III)Problèmes médicaux associés au port de charges IV)Influence du port de charges dans les tâches spécifiques V)Conclusion Introduction : Thème et définition du port de charges

3 Thème Étude physiologique, biomécanique et médicale pour des suggestions pratiques de facilitation pour le port de charges

4 Définition du port de charges Il est définit comme un type de locomotion. On transporte une masse externe par la partie supérieure du torse (lanières aux épaules et/ou ceinture à la taille).

5 Sommaire : Introduction : Thème et définition du port de charges I)Aspects physiologiques du port de charges II)Aspects biomécaniques du portage III)Problèmes médicaux associés au port de charges IV)Influence du port de charges dans les tâches spécifiques V)Conclusion

6 I) Aspects physiologiques du port de charges Modèle mathématique pour une estimation du coût énergétique Effets physiologiques de la vitesse lors du port de charges Effets physiologiques des programmes dentraînement

7 I-1) Coût énergétique et port de charges I-1-1) La répartition des charges Plus on place la charge proche du centre de gravité moins le port sera coûteux en énergie. Même si le double sac est encore moins coûteux, il reste moins polyvalent et peut gêner la mobilité du porteur. Possibilité de régler le problème du double sac par une modification de son design (en ce qui concerne létude chez les militaires). Distinction: sac à dos / double-sac

8 Un sac porté par une lanière Un sac avec une lanière plus une ceinture de hanche Un double cartable avec une lanière et une ceinture de hanche Trois méthodes de port de cartable: Pas de différence entre les trois au niveau du coût énergétique. Dans tous les cas, il y a adaptation de la marche. Enfin, il y a une différence entre le cartable et le sac à dos (avec deux lanières) pour le coût énergétique.

9 I-1-2) Prédire le coût énergétique du port de charges Mise au point de trois équations: 1 ère (Giovani et Goldman, 1971) : Prédire le coût énergétique de la locomotion avec sac à dos, 2 ème (Pandolf & al, 1977) : même prédiction plus le coût énergétique de la position statique (vitesse fixée à 8km/h), 3 ème (Epstein & al, 1987) : 2 ème équation mais en course (>11,5km/h).

10 Limites de la 2 ème équation: Pas de prédiction de la marche en descente, Pas de prise en compte du coût énergétique sur le long terme. Plusieurs études supplémentaires, développent cette équation: Epstein & al (1988) et Patton & al (1991) traitent de la marche sur plus de 2 heures Saving & al (1994) prennent en compte le coût énergétique pendant 4 heures de marche à vitesse constante. Son augmentation dure dans le temps à haute charge et/ou à haute vitesse.

11 Remarques: Nuancer les résultats. Des différences sont observées dans la méthode dinvestigation: Condition physique et apparition de la fatigue. Type de sac utilisé et groupes musculaires sollicités. Conclusion: Lentraînement physique réduit le coût énergétique, ainsi que le type de sac avec lanière et ceinture (la fatigue physique advient plus rapidement avec une sollicitation des muscles supérieurs seuls).

12 I-1-3) Lallure individuelle Lallure individuelle est lallure naturelle, elle est moins coûteuse énergétiquement que lallure forcée. La vélocité diminue linéairement avec une augmentation de charge. Lallure individuelle dépend de: la masse de charge la VO2max du sujet la distance à parcourir Exemple détude…

13 I-2) Facteurs physiologiques associés à la vitesse de port de charges Dans une étude, des sujets effectuent des tests physiologiques: Mesure de la force musculaire Capacités aérobie et anaérobie Composition corporelle Les sujets doivent effectuer un parcours le plus vite possible en portant une charge donnée. Cela afin de comparer le temps de trajet (achevé) et les variables physiologiques.

14 Résultats: Corrélation obtenue Temps de trajet Capacité aérobie Force musculaire (membres inf. et sup.) N.B. : la relation diminue lorsquon fait entrer en jeu la masse grasse

15 I-3) Entraînement physique et port de charge On sait que: Le coût énergétique diminue à la suite dun entraînement avec une même charge sur plusieurs semaines. Cette adaptation physiologique existe pour les sujets entraînés comme pour les sujet sédentaires. Concernant le type dentraînement: la combinaison dun entraînement aérobie et dun second avec résistance améliorerait la vitesse. Alors quindépendamment, cet effet nest pas observé. Quand à la fréquence dentraînement au port de charge, un étude a montré quun minimum de 2 séances par mois serait nécessaire.

16 Sommaire : Introduction : Thème et définition du port de charges I)Aspects physiologiques du port de charges II)Aspects biomécaniques du portage III)Problèmes médicaux associés au port de charges IV)Influence du port de charges dans les tâches spécifiques V)Conclusion

17 II) Aspects biomécaniques du port de charges Afin détablir la dynamique de marche avec charge et calculer les moments de force sur les groupes musculaires, leurs caractéristiques sont observées par électromyogramme(EMG)pour: Différentes méthodes de port de charge Différentes charges

18 II-1) Activité musculaire et port de charges Celle des extenseurs du tronc est plus faible avec une charge légère, plutôt que sans. La bascule arrière due au poids du sac réduit lactivité de ces muscles. LEMG des extenseurs est significativement plus fort avec une charge de 30 à 40 Kg, plutôt que sans. Dans ce cas, une armature et une ceinture trouvent leur utilité pour harmoniser la répartition de la masse. Activité musculaire:

19 Pour lélévation de la vitesse de marche, les résultats de lEMG augmentent significativement, pour les muscles locomoteurs (quadriceps, tibia antérieur, les gastrocnémiens et les ischio- jambiers) mais pas pour ceux servant au support et à léquilibration de la charge (extenseurs et trapèzes). LEMG des extenseurs et trapèzes est élevé: si le centre de masse du sac est haut et si le sac ne possède pas darmature.

20 II-2) Effet mécanique du port de charges Voici ce que laugmentation de charge provoque sur le cycle de marche: DiminutionAugmentation oscillations du cycle balancements posturaux rotations du bassin longueurs des pas phases dappui des pieds au sol pourcentage de « double-appui » flexions des genoux inclinaisons du tronc « ouverture » de la cheville fréquences des pas

21 II-3) Effet mécanique de la vitesse sur le port de charges Laugmentation de la vitesse de déplacement entraîne: Lélévation de la longueur et de la fréquence de marche. Laugmentation du pourcentage de « double appui » par pas Croissance des forces dimpulsion, de propulsion et de freinage Accélère lensemble des mouvements Retarde laction des forces de propulsion et de freinage.

22 II-4) Effet mécanique du type de sac Un sac à dos sans renfort dune armature, ni ceinture, exerce trop de pressions par les lanières sur les épaules. Pour le placement du centre de masse, mieux vaut quil soit réparti uniformément sur tout le dos pour : plus de stabilité en mouvement et en statique, moins de traumatismes dus à linclinaison du corps, si la masse du sac est placée trop bas, un confort de marche pour tout genre de terrain. Il est constaté quavec un sac, les balancements posturaux, caractéristiques de la marche naturelle, seffacent et quil y a déplacement du centre de masse [corps+sac] vers lavant.

23 Les stratégies de positionnement de charges nous amène à une proposition: Un double-sac, qui offre une meilleure stabilité en statique ou en dynamique, moins dinclinaison du centre de masse et moins dinfluence sur la longueur et la fréquence de pas. Seulement, il limite la mobilité des bras et la visibilité (champs de vision).

24 II-5) Effet de la fatigue Elle est la même quelque soit le type de sac. Mais le corps reste plus droit avec un double sac. Causes de fatigue: Fréquence plus élevée Longueur de pas réduite Réduction de langle jambe/hanche Inclinaison plus importante du tronc vers lavant (sauf pour le double sac)

25 II-6) Différences Hommes/Femmes Femmes Hommes - Petite longueur de pas et diminue avec la charge - Fréquence élevée - Augmentation linéaire du temps de double appui avec charge - Grande longueur de pas et pas de changement avec une charge -Fréquence de pas moyenne - Augmentation du temps de double appui moins prononcé N.B. : les différences intersexes persistent quelques soit la taille ou la composition corporelle

26 Sommaire : Introduction : Thème et définition du port de charges I)Aspects physiologiques du port de charges II)Aspects biomécaniques du portage III)Problèmes médicaux associés au port de charges IV)Influence du port de charges dans les tâches spécifiques V)Conclusion

27 III) Problèmes médicaux associés au port de charges Certains problèmes médicaux aigus liés au port de charges existent et peuvent endommager la mobilité dun individu En situation militaire ils peuvent réduire lefficacité dune unité tout entière Deux études sont à citer: la 1 ère rapporte lincidence des dommages résultant dexcursions militaires simples (incidence du port de charges de 24% à 90%) la 2 ème est une investigation détaillée de dommages liés au port de charges (ampoules, fractures de fatigue, paralysies,…)

28 III-1) Ampoules aux pieds Dommages les plus fréquents liés au port de charges Elles sont dues aux frottements des chaussettes sur la peau Il sagit dune lésion bénigne mais qui peut devenir chronique et occasionner une limitation de lactivité Elles peuvent saggraver sous forme de sepsis (réponse inflammatoire) ou de cellulitis (infection cutanée)

29 Les charges lourdes ont une influence sur la survenue dampoules Cela est due à laugmentation des pressions sur la peau et aux frottements Le double sac permet de réduire ces dommages Certains types de chaussettes (en acrylique notamment) et des semelles Spenco permettent également de limiter la survenue dampoules Un entraînement physique régulier avec port de charges apporte une adaptation de la peau et réduit la probabilité dampoules

30 III-2) Métatarsalgie Terme spécifique de dommages occasionnés par une « sur-utilisation » des pieds La marche avec charges lourdes est un facteur prédisposant aux métatarsalgies : rotation du pied antéropostérieure autour des métatarses qui amène à un effet mécanique dusure.

31 III-3) Fractures de fatigues Le risque de fractures de fatigue est augmenté par le port de charges sur longue distance et le style de marche; et cela quelque soit le sujet Elles sont définies comme des ruptures deffort des membres inférieurs Fracture du genoux : lextrémité supérieure du tibia est complètement détachée du reste du tibia, et les surfaces articulaires sont en plusieurs fragments.

32 III-4) Douleurs de genoux Symptômes associés au port de charges lourdes Incidence visible lors de longues marches fatigantes et débouchant sur plusieurs jours dincapacité

33 III-5) Dommages lombo-sacrés Lors de dommages lombo-sacrés on constate des problèmes significatifs pour les marches avec port de charges. Dommages difficiles à définir car dépendants de plusieurs traumatismes: disques intervertébraux ligaments liés aux nerfs vertébraux racines des nerfs supports des muscles

34 Peuvent être dus à: contraintes sur les muscles dues aux changements dangle du tronc problème de synchronisation entre le tronc et les charges portées, causant des contraintes cycliques sur les muscles du dos, les os et les ligaments Le double sac peut aider à réduire les conséquences des problèmes de dos car il permet une posture plus droite et élimine le recourbement prolongé.

35 III-6) Paralysie suite au port de sac à dos Hypothèse: peut être due aux tractions occasionnées par les lanières sur les nerfs en C5 et C6 du plexus brachial supérieur. Sûrement due au port de charges sur longues distances et à la mauvaise répartition de celles-ci. Symptômes généraux: - Engourdissements - Crampes - Douleurs (épaules, fléchisseurs du coude, extenseurs du poignets) - « Décrochement scapulaire » Lutilisation dune ceinture prouve son utilité en diminuant les pressions sur les épaules

36 III-7) Gènes locales et fatigues locales durant le portage Les douleurs locales et gènes portent le plus souvent sur : les pieds : ampoules, abrasions et pressions les épaules à cause des lanières qui appliquent des pressions le dos, par la modification des forces de traction. La fatigue locale après port de charges se ressent principalement sur: les extenseurs du tronc les extenseurs du genou les extenseurs de la hanche Le double sac ou le sac avec ceinture ont été démontré comme induisant moins de fatigue et de gène que le sac conventionnel

37 Sommaire : Introduction : Thème et définition du port de charges I)Aspects physiologiques du port de charges II)Aspects biomécaniques du portage III)Problèmes médicaux associés au port de charges IV)Influence du port de charges dans les tâches spécifiques V)Conclusion

38 IV) Influence du port de charges dans des tâches spécifiques (étude chez les militaires) Quelque soit la tâche prescrite le volume, la répartition et le poids de la charge semblent importants Avec une augmentation de charges il y a systématiquement une diminution des performances dans des tâches telles que : les courses courtes les parcours dobstacles les montées déchelles les parcours dagilité Exemples des tireurs délite et des lanceurs de grenades

39 V) Conclusion Facilitation du port de charges La revue présentée critique létat actuel des recherches physiologiques, biomécaniques et médicales dans le domaine du portage. La littérature indique plusieurs méthodes de facilitation du port de charges : réduction du poids total de charges modification de léquipement techniques spécifiques dirigées vers une diminution des dommages

40 Modification de léquipement Réduction du coût énergétique Diminution de la gène locale (dommages) Démarche sans charge (amelioration performances) Le double sac permet toutes ces améliorations

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42 Limites du double sac : - Problèmes de ventilation - Problèmes déchange de chaleur - Petite gène pour le porteur lors de tâches spécifiques Un sac avec une armature de rembourrage et une ceinture permet : Réduction du poids Diminution de lincidence de certains dommages Moins dimpression deffort Le terrain influence le positionnement de la charge: - Sur terrain nivelé : placement en hauteur des charges lourdes - sur terrain accidenté : placement uniforme

43 Analyse biomécanique simple des forces appliquées au sac conventionnel et au double sac (en statique et en dynamique) Légende :Masses des corps (P) Forces de Réaction (R) Moments de forces (M../..) Vitesses (V)

44 Analyse des moments de force statique

45 Analyse des moments de force dynamique

46 Analyse des forces avec port dun gilet (double-sac) en statique Ici, les résultantes des poids avant et arrière se compensent presque totalement et donne une meilleure posture du tronc


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