Biomécanique de l'articulation du genou humain durant la marche - un modèle musculosquelettique hybride

L'articulation du genou est l'une des articulations les plus complexes du corps humain. Elle est exposée à des charges et des mouvements de grandeurs importantes pendant les activités professionnelles, récréatives et même quotidiennes. Cet environnement mécanique exigeant l'expose à diverses contraintes et déformations excessives, des blessures impliquant à la fois les articulations patello-fémorales (PF) et tibio-fémorales (TF). L'arthrose (OA) est l'un des troubles musculo-squelettiques les plus répandus touchant environ 27 millions d'adultes aux États-Unis seulement. La rupture du ligament croisé antérieur (LCA) est également une lésion articulaire commune avec une prévalence beaucoup plus élevée chez les sujets féminins que chez les sujets masculins. Une bonne connaissance de la biomécanique fonctionnelle de l'articulation du genou et des facteurs qui l'affectent, dans des conditions saines et pathologiques, est une condition préalable pour élaborer des stratégies efficaces pour la prévention et le traitement de ces blessures. Les modèles musculo-squelettiques (MS) de l'extrémité inférieure promettent d'améliorer notre compréhension de la fonction articulaire du genou, de ses blessures et aussi des programmes de prévention et des traitements associés. Plusieurs modèles analytiques et d'éléments finis (EF) avec différents degrés de précision et de raffinement ont été développés. Ils se sont présentés comme une alternative fiable aux méthodes expérimentales qui ont des limitations majeures, principalement liées à leurs coûts élevés, aux difficultés liées aux précisions des mesures et à la reproduction parfois impossible de certaines situations physiologiques. Cependant, de nombreuses hypothèses sont souvent formulées dans certains modèles MS (lors de l'estimation des forces musculaires et des forces de contacts articulaires). Le genou est généralement idéalisé comme une articulation 2D avec son mouvement contraint dans le plan sagittal, négligeant ainsi les déplacements et les équations d'équilibre dans les plans restants. Avec les forces musculaires estimées, l'équilibre statique dans le plan frontal est donc considéré pour estimer les forces du plateau tibial négligeant la résistance passive du genou, la géométrie articulaire, et en supposant des centres de contact médial/latéral fixes. Pour évaluer les effets de telles hypothèses, un modèle MS hybride de l'extrémité inférieure incluant un modèle élément finis (EF) du genou 3D a été utilisé pour simuler la phase d'appui de la marche.