Science & Sports (1991) 6, 117-124 1 17

© Elsevier, Paris

Approche mdcanique des allures et du saut chez le eheval

JM Denoix

Laboratoire d'anatomie, ~cole nationale v~t&inaire d'Alfort, 7, av du G~n~ral-de-Gaulle, 94704 Maisons-Alfort Cedex, France

Rdsumd - La locomotion du cheval implique des contraintes m6caniques ~levdes sur les os, les articulations, les muscles et les ten- dons. Son 6tude permet de mieux conna~tre les interventions actives ou passives de ces organes au cours des allures et du saut. Ces 616ments sont utiles pour la mise en oeuvre rationnelle d'exercices d'entra~nement chez le cheval de sport ou de courses, en fonction des exigences de la discipline et des 6ventuels probl6mes locomoteurs du sujet. L'etude m~canique de la locomotion du cheval est par ailleurs indispensable pour l'am~lioration de la connaissance des boiteries. Elle permet de pr6ciser la gen6se des 16sions ost6o- articulaires et musculo-tendineuses et contribue/~ amdliorer leur traitement.

cheval / locomotion / biom~canique

Summary - Mechanical approach of gaits and jump in the horse. Locomotion of the horse is correlated with a great variety of mechanical stresses on bones, joints, muscles and tendons. Research on locomotion increases the knowledge of passive and active interventions o f these structures during gaits and jump. These data are useful to manage the training of sport and jump horses, espe- cially to f i t with the particularities of the sport speciality and individual locomotor problems of horses. Beside, studies of locomotion in the horse are of importance to improve the knowledge of lamenesses. They contribute to precise the pathogenesis o f osteoarticular and musculotendinous injuries and improve their treatment.

horse / locomotion / biomechanics

Introduction

Quel que soit le type d'activit6 physique, la loco- motion implique la mise en jeu d 'une immense vari6t6 de d6placements au sein des diverses struc- tures anatomiques. Ces d6placements sont produits par des actions m6caniques r6sultant de la contrac- tion des muscles et de l 'action de la pesanteur (Goodship, 1982; Niki et al, 1984; Barrey, 1987). Ils imposent aux 616ments << passifs >> de l 'appareil locomoteur , os, articulations et tendons des mou- vements et des d6formations alors que les muscles, agents actifs sont eux-m~mes le sibge de d6forma- tions et de tensions.

Toutes ces contraintes, compressions, tensions, mais aussi cisaillements et torsions accompagnant la station et la locomotion sont pergues par des r6cepteurs nerveux p6ripheriques et les informations

sont transmises par les nerfs sensitifs au syst6me ner- veux central (enc6phale et moelle 6pinibre) qui assure la r6gulation et la coordination des attitudes et des mouvements. Ce contr61e s'effectue en retour par les nerfs moteurs qui commandent l'activit6 des muscles.

Cette intrication d 'act ions et de rdactions expli- que la complexit6 des ph6nom6nes locomoteurs et son analyse au cours des allures et du saut ndcessi- terait de longs ddveloppements (Marey, 1884; Leno- ble du Tell, 1893; Leach, 1987; Denoix, 1989).

Dans le cadre de cet article, nous nous limiterons quelques r6flexions sur le compor tement g6n6ral

des 616ments fondamentaux de l 'appareil locomo- teur: os, articulations, tendons et muscles. En effet, ce comportement est similaire quel que soit le type d'activit6 auquel l 'appareil locomoteur est soumis.

118 JM Denoix

D ~ f o r m a t i o n s o s s e u s e s

Les rayons osseux const i tuent le suppor t de l ' appa - reil l ocomoteur . Ils sont souvent consid6r6s comme des 616ments inertes a lors q u ' a u con t ra i re l ' os est un tissu vivant r ichement vascularis6 et innerv6, d6 fo rmab le et en perp6tuel le 6volut ion.

Les contraintes m6caniques actives s 'exercent sur l ' o s pa r l ' i n t e rm6dia i re des t endons qui p ro longen t les corps muscula i res . Ces ac t ions ainsi que celles du poids du corps (fig 1) p rovoquen t des d6fo rma- t ions des os ob jec t ivab les et mesurables pa r diff6- rents proc6d6s (Turner et al, 1975; Sumner et al, 1977; Schryver , 1978; Schneider et al, 1982; Denoix , 1985a; Denoix , 1985b; Denoix , 1987a) (fig 2). Celles-ci s ' a c c o m p a g n e n t de cont ra in tes m6caniques indispensables ~t la phys io logie de l 'os . Elles entra~nent des mod i f i ca t ions m6tabol iques locales pe rme t t an t ~ l ' o s de s ' a d a p t e r ~t la na ture et ~ l ' in tensi t6 des d6 fo rma t ions impos6es pa r une activit6 spor t ive donn6e en a jus tan t ~t la fois, son 61asticit6 et sa r6sistance. Ces r eman iement s osseux sont re la t ivement lents ; on est ime actuel lement que l ' a p p a r i t i o n de lamelles osseuses dans les ost6ons o~ le tissu spongieux d e m a n d e deux ~t t rois mois envi ron , ce p o u r q u o i les mod i f i ca t ions d ' ac t iv i t6 spor t ive des chevaux doivent tou jours &re tr6s pro- gressives.

Un exemple i l lustre pa r f a i t emen t ces consid6ra- t ions. I1 s ' ag i t de celui de l ' os canon (Turner et al, 1975). Lors du ga lop r ap ide cet os semble soumis

une invers ion r e m a r q u a b l e de d6 fo rma t ion au cours de l ' a p p u i du membre au sol (Denoix, 1985b ; Denoix 1987a) (fig 3): il pr6sentera i t d ' a b o r d une cou rbu re ~ convexit6 dorsa le (ou ant6r ieure) puis ensuite une courbure a convexit6 pa lmai re (ou p o s -

Fig 2. l~tude des d6formations osseuses sur un membre ant6rieur isol6 soumis ~t 1 000. Des jauges de contraintes sont coll6es sur les diverses faces de l'os m6tacarpien II1 et de la phalange proximale.

500 daN 700 daN 1 200 daN (0 a 600 daN) (600 ~} 900 daN) (1 000 ~ 1 400 daN)

Fig 1. Attitude des membres ant6rieurs h la r6ception apr6s un obstacle.

Fig 3. Nature des d6formations (exag6r6es) de l'os m6tacarpien III et de la phalange proximale selon la charge impos6e au cours de l'appui (en Deca Newton).

A p p r o c h e m6caniquc des a l lures et du saut chez le cheval 1 19

t6rieure) avec concentration des forces de compres- sion sur la corticale osseuse dorsale (Denoix, 1987a). Chez le jeune pur-sang/t l 'entrainement (mais aussi chez le trotteur), ces contraintes semblent etre /t l 'origine des bucked-shins ou sore-shins qui se tra- duisent par une d6formation du canon qui devient bomb6 en avant. Cet 6paississement de la corticale dorsale est une reponse de l 'os aux contraintes qu'il subit : l 'apposition de nouvelles lamelles osseuses est destin6e /l accro~tre la resistance du canon a des contraintes mecaniques exag6rees par rapport/~ la maturit6 du squelette.

M~canique articulaire

Dans les membres, les articulations sont pour la plu- part pourvues d 'une cavit6 remplie de synovie. Celle-ci facilite le glissement des surfaces cartilagi- neuses qu'elle lubrifie. Au cours de la locomotion celui-ci s 'accompagne de pressions sur les surfaces articulaires et de tensions capsulaires et ligamen- taires.

Les variations de pression, particuli6rement vio- lentes au cours de l 'appui du membre, sont amor- ties par le cartilage articulaire lui-m~me et par l 'os spongieux sous-chondral. A c e titre, la mesure de l 'epaisseur du cartilage articulaire montre qu'il est plus 6pais dens les articulations basses (interphalan- giennes) et hautes (epaule, grasset) que darts les arti- culations interm6diaires (carpe, jarret, boulet). L'epaisseur du cartilage articulaire augmente au cours de l'exercice car les variations de pression pro- duites par la locomotion accroissent son imbibition

hydrique, ce qui favorise ses proprietes amortis- santes.

L 'os sous-chondral participe directement b, l 'amort issement des chocs articulaires grace/ t son architecture spongieuse. L'orientation de ses trab6- cules osseuses depend directement de l 'axe des for- ces exercees. La condensation de l'os sous-chondral, en reponse fi des contraintes excessives, altere la macanique articulaire.

Les mouvements articulaires de flexion et d'exten- sion induisent des tensions capulaires et ligamen- taires dont la nature et l 'intensite est etroitement correlee au type de deplacement effectu6 (Ratzlaff, 1985 ; Palmer el el, 1987 ; Petit, 1896; Taylor el al, 1966). Par exemple, dans le jarret (figs 4a et 4b), les ligaments collateraux longs sont tendus en exten- sion et detendus en flexion, tandis que les ligaments collateraux courts sont detendus en extension et ten- dus en flexion. Dans le pied, les ligaments sesamoi'- diens collateraux sont tendus lors de la propulsion et rel~ches lors du soutenement ou support (Denoix, 1987a ; Denoix et el, 1987a, 1987b). Les appuis asy- metriques du pied entraTnent des mouvements de rotation dans les articulations du doigt ~t l 'origine de contraintes en cisaillement sur les capsules et les ligaments (Denoix, 1987a).

Dans la colonne vertebrale du cheval (Townsend et al, 1984; Townsend et al, 1985; Denoix, 1986) les mouvements de flexion et d 'extension sont sur- tout developpes ~t la jonction lombo-sacrale (fig 5). Des etudes cinematiques des deplacements regio- naux et intervertebraux (fig 6) ont demontr6 qu'ils etaient 6galement marques /~ la jonction thoraco- lombaire (Denoix, 1987a, 1987b).

Fig 4. Ar t i cu l a t ion du tarse du cheval ( jarret) en vue laterale , a. Ar t i cu la t ion en extension : tens ion du l igament col la tera l la teral long ; b. Ar t i cu l a t i on en f lexion: tens ion du l igament col la tera l lateral court et relf ichement du l igament long.

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Fig 5. Attitude de la colonne vert6brale (flexion) lors de la pre- mi6re foul6e apr6s un saut.

Fig 6. l~tude des mouvements de flexion de la colonne vert6brale en reproduisant les actions musculaires ~t l'aide d'61astiques.

I n t e r v e n t i o n s m u s c u l a i r e s

Toute la locomotion du cheval implique la mise en jeu d 'un tr6s grand nombre de couples musculo- squelettiques, agissant comme de v6ritables leviers dont la chronologie d' intervention d6pend 6videm- ment de l'allure et du type d'exercice effectu6 (Brice et al, 1986; Denoix, 1988; Denoix, 1989).

Types d'activit~ d'un muscle

Un muscle peut travailler de trois faqons diff6ren- tes selon le mouvement mis en jeu et l 'int6r& sportif: - lorsque le muscle se contracte sans produire de d6placement articulaire, ce qui est assez rare dans les disciplines 6questres, on parle de contraction iso-

m6trique (en raccourcissement ou en 61ongation selon l '6tat d 'al longement du muscle). Ce type de contraction est mis en oeuvre pour r6gler la posi- tion de certaines r6gions du corps dans l 'ex6cution d'exercices d6finis. C'est ce qui apparaR notamment dans le plac6 de la t~te et de l 'encolure, et dans la flexion du bassin lors du travail du cheval de Haute l~cole; - lorsque la contraction musculaire s 'accompagne d 'un raccourcissement du muscle (fig 7), on parle de contraction (isotonique) concentrique. Ce type d'activit6 musculaire poss6de l'exclusivit6 des m6ca- nismes d 'ouverture des angles articulaires dans la propulsion ; - un muscle peut se contracter tout en subissant un allongement. I1 effectue alors une contraction (isotonique) excentrique. En m6canique du cheval, ce travail a pour objet de freiner, de limiter la fer- meture des angles articulaires intervenant dans les mouvements d 'amort issement .

Ces divers types d'activit6 musculaire sont tr~s importants ~ connaTtre car en physiologie sportive on sait que c'est le travail en contraction excentri- que qui d6veloppe le plus la puissance d 'un muscle et son efficacit6 dans la d6tente. C'est pourquoi la connaissance des groupes musculaires et celle de leur intervention dans les diverses allures et disciplines sportives est importante afin de pr6ciser d 'une fa~on rationnelle quels sont les exercices qui, faisant tra- vailler tel groupe musculaire en excentrique, sont les plus adapt6s au perfectionnement de tel geste ou de tel mouvement (Denoix, 1988; Denoix, 1989).

Leviers musculaires

Chez le cheval deux types de leviers musculo- tendineux tr6s performants commandent toute la m6canique locomotrice (fig 8).

Levier interpuissant I1 est ainsi d6nomm6 parce que la force musculaire F (puissance) s'exerce, sur le segment mobilis6, entre l 'articulation A et l 'extr6mit6 d6plac6e D. Ce levier est 6conomique pour le muscle, la pression articu- laire est mod6r6e mais la vitesse de d6placement est moyenne. I1 est surtout mis en jeu dans la phase de soutien pour effectuer le ramen6 du membre. Dans le membre ant6rieur, le meilleur exemple de ce type m6canique est fourni par Faction du muscle biceps brachial sur les os de l 'avant bras.

Levier interappui Dans ce cas, l 'articulation A, qui sert d 'appui et autour de laquelle se fait le d6placement, est situ6e entre le lieu d 'act ion de la force musculaire F et

Approche mecanique des allures et du saut chez le cheval 121

RACCOURCISSEMENT

muscle grand psoas muscle iliaque ~

3

muscle tenseur du fascia lata

muscle droit de la cuisse

PROTRACTION [ PROPULSION 1 (embrassee) (-=LONGATION l J

~-, muscle fessier r,~oyen

RACCOURCISSEMENT

muscles femoraux caudaux

muscle fessier moyen

/ muscle ilio-psoas /

muscle tenseur / du fascia lata

/ muscle droit de la cuisse ,-<.... m u s c l e s f ~ m o r a u x c a u d a u x

Fig 7. Variation de longueur des muscles mobilisant le membre pelvien (post6rieur) dans son ensemble au cours des mouvements de protraction (engagement) et de propulsion.

Fig 8. Leviers musculaires.

_Ji A D

Leviex ~ntem~s~m

1

l 'extr6mit6 D qui subit le ddplacement le plus 6tendu. Ce genre de levier ndcessite une puissance musculaire forte, les pressions subies par l 'articu- lation sont plus 61evdes que dans le type pr6c6dent,

mais les d6placements sont plus rapides et plus amples. Ii est sp6cialis6 dans la ddtente et intervient en particulier dans la propulsion mais aussi dans l 'amortissement. Les membres du cheval en four- nissent de nombreux exemples. Dans le membre ant6rieur deux de ceux-ci sont remarquables. Ce sont d 'une part le couple form6 par le muscle supra- 6pineux et l 'hum6rus qui pivote autour de l 'articu- lation de l '6paule, et d 'autre part le couple muscle triceps-os de l 'avant-bras dont le point d 'appui est l 'articulation du coude. Dans le membre pelvien ou post6rieur, l 'action des fessiers sur le grand trochan- ter (fig 7) et celle de la corde du jarret au sommet du calcaneus (fig 9) en fournissent des exemples ddmonstratifs.

Comportement des tendons

Les tendons sont des cordages de fibres collag6nes interpos6s entre un corps musculaire et une inser- tion osseuse (Riemersma et al, 1985). Leur r61e est de transmettre les contractions musculaires aux

122 JM Denoix

muscle fessier accessoire

muscle fessier profond

C

muscle quadriceps f6rnoral :

muscle droit de la cuisse

muscle vaste lateral

muscle carr~ f6moral

muscle grand adducteur de la cuisse

muscle 3 e p~ronier (corde famoro-m~tatarsienne)

muscle long extenseur du doigt

"\ I

calotte calcan~enne

. muscle gastrocn6mien

muscle fl~chisseur superficiel du doigt

muscles interosseux III (lig susp boulet)

Fig 9. Muscles profonds du membre pelvien (post6rieur) du cheval. Les muscles 3 e peronier et fl6chisseur superficiel solidarisent les articulations du genou (grasset) et du tarse (jarret).

Approche m6canique des allures et du saut chez le chevaI 123

rayons osseux afin de mobiliser ou de contenir les articulations. Chez le cheval les tendons de l 'extr6- mit6 des membres sont tr6s longs, volumineux et tr6s solides. Ils ont en outre la particularit6 de poss6der une attache osseuse proximale, haute, gr~tce ~t des d6pendances repr6sent6es par la bride radiale s'6ten- dant du radius au tendon fl6chisseur superficiel du doigt (perfor6) et par la bride carpienne s 'at tachant ~t la face post6rieure du carpe et se portant sur le tendon fl6chisseur profond du doigt (perforant). Ces dispositifs exceptionnels joints au caract6re presque enti6rement fibreux du ligament suspenseur du boulet conf~rent ~ l 'extr6mit6 du membre ant6- rieur chez le cheval une remarquable autonomie fonctionnelle en grande partie ind6pendante de toute intervention volontaire active (Petit, 1924).

Ces tendons tr6s puissants assurent en particulier le soutien du boulet (articulation m6tacarpo- phalangienne) au cours de la phase d 'appui des allu- res et du saut (Petit, 1896; Petit, 1924). Ils poss6- dent une capacit6 d 'al longement de l 'ordre de 10°70 b, 20% et cette 61asticit6 naturelle participe d 'une fa9on d6terminante ~ l 'amortissement des contrain- tes locomotrices. Leur intervention n 'est toutefois pas synchrone. Au cours des phases d 'amortisse- ment et de sout~nement la descente du boulet sem- ble pr6f6rentiellement limit6e par le ligament suspenseur du boulet et le tendon fl6chisseur super- ficiel du doigt. Lors de la propulsion, l 'extension interphalangienne distale privil6gie l'intervention du tendon fl6chisseur profond du doigt et de la bride carpienne (Denoix, 1988).

Dans le membre post6rieur, deux muscles devien- nent chez le cheval enti6rement fibreux et solidari- sent les articulations du grasset et du jarret : ce sont le muscle troisi6me p6ronier ou corde f6moro- m6tatarsienne et le muscle fl6chisseur superficiel du doigt ou planto-perfor6 (fig 9). Les mouvements de flexion et d'extension de jarret sont ainsi en grande partie d6termin6s par ceux du grasset, eux-m~mes command6s par la puissante musculature de la cuisse (Denoix, 1988). L'extension du grasset tire vers le haut l 'a t tache f6morale du muscle fl6chis- seur superficiel du doigt, ce qui entra~ne l 'extension du jarret ; la flexion du grasset sous l 'action des muscles f6moraux caudaux tire vers le haut l 'a t ta- che sup6rieure de la corde f6moro-m6tatarsienne ce qui induit la flexion du jarret.

Conclusion

Les 6v6nements fonctionnels mis en jeu par les allu- res et le saut sont innombrables et complexes. Leur connaissance precise n6cessite la raise en oeuvre de

multiples approches exp6rimentales tant sur le che- val vivant que sur des modbles anatomiques. Les r6sultats de ces 6tudes apportent de nombreuses informations sur les circonstances d 'appari t ion des 16sions ost6o-articulaires et musculo-tendineuses et sur l 'int6rat des exercices d'entra~nement en fonc- tion d 'une discipline sportive particuli6re.

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