Les chercheurs de l'Université de Tokyo révèlent la façon dont nos jambes s'adaptent aux mouvements rapides. Lorsque les gens sautent à grande vitesse, les fibres musculaires clés dans le mollet se raccourcissent plutôt que de s'allonger à mesure que les forces augmentent, qu'ils appellent une «raideur négative». Ce processus contre-intuitif aide la jambe à devenir plus rigide, permettant un mouvement plus rapide. Les résultats pourraient améliorer la formation, la réhabilitation et même la conception de membres prothétiques ou d'exosquelettes robotiques.
Lorsque vous sautez, courez ou sautez, vos jambes se comportent comme des ressorts, absorbant et retournant de l'énergie à chaque étape. Mais qu'arrive-t-il à vos muscles et tendons pour rendre cela possible? Le professeur agrégé Daisuke Takeshita et le doctorant Kazuki Kuriyama du Département des sciences de la vie ont cherché à étudier comment les muscles et les tendons fonctionnent ensemble pendant les mouvements rebondissants, en particulier le saut, car il sert de proxy pour des activités communes comme la course.
« Les mouvements humains comme le saut et la course sont souvent caractérisés par un modèle de masse de printemps, où la jambe agit comme un ressort soutenant la masse corporelle alors qu'elle rebondit du sol », a déclaré Takeshita.
Dans notre étude, nous avons spécifiquement examiné le saut dans des conditions contraints, en demandant aux participants de maintenir les genoux prolongés et de minimiser le temps de contact au sol. Ces contraintes ont été cruciales car elles nous ont permis d'isoler le rôle de la mécanique articulaire de la cheville et de nous concentrer sur ce que l'on appelle la dynamique du muscle-tendon plantaire. «
Daisuke Takeshita, professeur agrégé, Département des sciences de la vie, Université de Tokyo
Grâce à cela, Takeshita et Kuriyama ont découvert que les fibres musculaires se comportent différemment en fonction de la fréquence des sauts. Pendant le saut lent, les fibres musculaires maintiennent une longueur presque constante. Cependant, pendant le saut rapide, ils se raccourcissent activement à mesure que la force augmente, affichant ce qu'ils appellent une raideur négative. Ce comportement contre-intuitif améliore la rigidité globale de la jambe, permettant des mouvements plus rapides.
« Nos résultats fournissent un nouveau cadre pour comprendre la fonction musculaire au cours de diverses activités », a déclaré Kuriyama. « Plutôt que de considérer les muscles comme de simples générateurs de force, nous avons montré qu'ils modulent activement les propriétés mécaniques de la jambe par leur interaction dynamique avec les tendons. Cette perspective ouvre de nouvelles voies pour la recherche en sciences du sport, en médecine de réadaptation et en génie biomécanique. »
Pour mener à bien cette enquête, la paire a d'abord dû intégrer différents appareils de détection qui ne vont normalement pas ensemble dans ce type de but. Ils ont construit un système de mesure synchronisé, y compris l'imagerie par ultrasons avec la capture de mouvement et les données de plaque de force, tous synchronisés pour garantir que les points de données correspondants étaient bien alignés afin de comprendre la séquence correcte d'événements qui se déroule sous la peau.
« La partie d'imagerie à ultrasons était particulièrement exigeante. Après avoir collecté les images, Kuriyama a numérisé manuellement les données des fibres musculaires à partir de milliers de cadres à ultrasons », a déclaré Takeshita. « Ce processus était incroyablement long et gourmand en main-d'œuvre, nécessitant une attention méticuleuse aux détails pour suivre avec précision les changements subtils de la longueur des fibres musculaires tout au long de chaque cycle de saute.
L'action du saut a aidé les chercheurs à concevoir des expériences d'observation appropriées, car l'activité est naturellement contrainte spatialement et a moins de variables que quelque chose de moins lié. Mais ils ont l'intention de retirer leurs idées du laboratoire et sur la piste de course un jour, car cela leur permettra d'étudier plus généralement comment les muscles des jambes plus bas agissent leurs athlètes magiques et propulsent en avant. Et ce type d'étude pourrait alimenter le corps des connaissances que les athlètes et les entraîneurs tirent pour fournir une formation plus efficace, qui à son tour peut aider les personnes impliquées dans la réadaptation. Ces orientations futures aideront à combler l'écart entre les principes biomécaniques de base observés dans les tâches de laboratoire simplifiées et les mouvements complexes du monde réel que les humains effectuent dans la vie quotidienne et les activités sportives.
