Résumé

Les troubles musculosquelettiques (TMS) et tout particulièrement les affections vertébrales constituent un fardeau autant pour la société que pour les personnes qui en sont affectées. Au Québec, le nombre d’affections vertébrales s’établissait en 2011 à 21 228 et elles représentaient près de 30 % de l’ensemble des lésions professionnelles indemnisées. C’est la région lombaire de la colonne vertébrale qui est la zone la plus touchée (60 % des cas d’affections) et l’effort excessif est l’agent causal le plus souvent rapporté (40 %). Selon le National Research Council (2001), il existe une relation claire entre les lésions au dos et la charge mécanique imposée lors de travail de manutention. Afin de bien documenter cette relation, le chargement lombaire doit être mieux quantifié dans les milieux de travail. Étant donné qu’il n’est pas possible de le mesurer directement, des modèles biomécaniques ont été développés à cet effet.

Le principe de base des modèles biomécaniques actuels consiste à estimer les forces sur les différentes structures actives (muscles) et passives (disques, ligaments) du tronc en équilibrant les moments (charges) externes, qui sont causés par les mouvements du corps et les charges externes, avec les moments internes, qui eux résultent de l’action musculaire et ligamentaire. Des mesures externes (intrants des modèles) doivent ainsi être prises pour produire les estimations des modèles (extrants). Ces estimations sont de différents ordres : forces musculaires, tensions ligamentaires, forces de compression et de cisaillement sur les disques/vertèbres. Au Québec, deux chercheurs ont développé des modèles biomécaniques internes de la colonne vertébrale lombaire basés sur des approches très différentes: (1) une approche physiologique qui s’appuie sur des mesures d'électromyographie (EMG) assistées par optimisation (modèle EMGAO); (2) une approche qui repose sur des mesures cinématiques, aussi assistées par optimisation (modèle CINAO). Une comparaison de ces deux modèles, réalisée dans le cadre d’une étude antérieure,  a permis de mettre en lumière certaines faiblesses et d’apporter des correctifs.

Le présent projet proposait quatre volets de recherche. Les deux premiers volets, avec le modèle CINAO, et le quatrième volet, avec le modèle EMGAO, ont permis d’évaluer la sensibilité des intrants et des extrants de ces modèles en présence de différents effets ou manipulations expérimentales. Le troisième volet, de son côté, est une application du modèle CINAO et sa comparaison aux outils ergonomiques les plus populaires en matière de prédiction du chargement lombaire.

Volet 1 : L’objectif du premier volet visait à vérifier si différentes forces externes (dont les orientations, positions et amplitudes étaient différentes, mais produisant le même moment net à L5-S1) sollicitaient les mêmes groupes musculaires et produisaient le même chargement lombaire. Les résultats de ce volet  (1) ont confirmé l'influence majeure de la force d'orientation et celle de la hauteur sur la réponse neuromusculaire du tronc et sur le chargement lombaire, et (2) ont permis d’améliorer les résultats du modèle CINAO en considérant les nouveaux intrants.

Volet 2 : Ce volet avait pour objectif d’étudier les réactions des muscles du tronc (réponses réflexes) à des perturbations soudaines de celui-ci. En effet, ce type de perturbation soudaine représente un risque de blessure et peut se produire lors d’activités de manutention de charges ou de patients ou tout simplement lors d’une chute par glissement, soit des mécanismes de blessures de nature accidentelle. Les réponses réflexes et ses répercussions mécaniques ont été évaluées avec les mesures externes (EMG, cinématique, forces externes) et les estimations du modèle CINAO lors de différentes conditions de perturbation susceptibles de moduler les réponses réflexes. Les résultats de ce volet ont révélé que différentes réponses physiologiques et biomécaniques, qui ne vont pas toujours dans la direction attendue selon les hypothèses en vigueur, et qui ne sont pas toujours détectées par chaque catégorie de mesure, ont été observées. Il apparaît donc que les réponses réflexes des muscles du tronc sont dépendantes de plusieurs paramètres qui entrent en interaction et qui n’ont pas tous été identifiés jusqu’à maintenant. Cependant, la présente étude aura permis de mettre en lumière que les mesures EMG et les estimations du modèle CINAO apportent des informations différentes, voire complémentaires. De plus, il apparaît que les mesures cinématiques du tronc peuvent capturer l’essentiel de l’information requise pour quantifier les effets mécaniques des réponses réflexes. En d’autres mots, le modèle CINAO ne semble pas apporter de valeur ajoutée aux mesures cinématiques pour quantifier les réponses réflexes. Par contre, ces modèles (CINAO, stabilité lombaire) procurent des informations sur les forces internes découlant des perturbations du tronc, ce qui aide à estimer le risque de lésions lombaires

Volet 3 : Afin de pallier les limites des outils ergonomiques proposés jusqu’à maintenant pour prédire le chargement lombaire, des équations de régression (ou de prédiction) avaient précédemment été développées à partir du modèle CINAO. Elles établissaient une relation simple entre le chargement lombaire (soit à L4-L5 ou à L5-S1) et quatre variables indépendantes d’entrées soit : (1) la charge dans les mains; (2) la distance horizontale entre la charge et l’épaule; (3) l’angle du tronc en flexion avant et (4) le ratio de rotation lombaire/pelvienne. Ce volet visait à étendre l’utilisation de ces équations pour des chargements asymétriques et à les comparer aux estimations offertes par quatre autres outils ergonomiques parmi les plus populaires. Les résultats soutiennent que ces nouvelles équations constituent une avancée par rapport à l’équation du National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH) de 1991, soit l’outil de référence le plus utilisé par les ergonomes. Les résultats indiquent aussi des différences importantes entre les cinq outils, mais heureusement ils sont plus en accord au regard de la prédiction des forces de compression à L5-S1. Il n’était pas possible de savoir lequel des outils était le plus conforme, car il n’existe pas de mesure étalon dans ce domaine. Toutefois, deux outils se conformaient mieux aux données de pression intradiscale, dont celui développé dans le cadre de ce volet.

Volet 4 : Dans le cadre d’un projet précédent, des données extrêmement riches et détaillées avaient été recueillies sur des manutentionnaires experts et novices. Les analyses réalisées avec les mesures externes ont mené à des résultats différents entre les deux groupes et qui supposent des effets sur le chargement interne de la colonne vertébrale lombaire. Ce volet avait pour but de vérifier ces effets attendus à l’aide du modèle EMGAO. Les résultats ont permis de démontrer que les experts ont été plus efficients que les novices quant à la stratégie de répartition des efforts internes pour contrer des moments externes équivalents. L’expérience acquise au fil des années semble avoir permis aux experts de développer des façons de faire plus sécuritaires et efficientes comme l'utilisation moins importante des tissus passifs de la colonne vertébrale qui pourrait expliquer leur faible taux de blessure.

En somme, ces quatre volets de recherche ont permis de mieux connaître les forces et les faiblesses des modèles CINAO et EMGAO, ainsi que leurs valeurs pour expliquer et/ou quantifier le chargement lombaire interne.