Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2014
Langue
Français
Résumé
De récentes revues de la littérature épidémiologique montrent que travailler avec les bras en position levée augmente la probabilité de développer des troubles musculosquelettiques (TMS) aux épaules. Bien que l’origine et les mécanismes de TMS à l’épaule manquent d’évidence dans la littérature scientifique, réaliser une tâche avec les bras en position levée cause un chargement de la musculature de l’épaule plus important. Cependant, peu d’éléments permettent d’expliquer les raisons pour lesquelles cette posture avec les bras élevés est gênante, et comment celle-ci affecte le membre supérieur en mouvement. La modélisation musculosquelettique du corps humain est aujourd’hui un moyen efficace et non invasif pour obtenir des informations sur les efforts internes qui sont appliqués aux muscles, aux tendons et aux os.
L’objectif général de ce projet de recherche consistait à développer (1) un modèle cinématique et (2) un modèle musculosquelettique de la ceinture scapulaire et du bras pour étudier la biomécanique de l’épaule lors de la manutention et (3) d’en tester la sensibilité aux conditions de tâches et de masses. Plusieurs tâches de travail en manutention ont été simulées en laboratoire avec pour objectif d’évaluer les contraintes musculosquelettiques aux épaules lors de ces tâches. Dix-huit sujets ont effectué des déplacements de caisses instrumentées, de trois masses différentes (6 kg, 12 kg et 18 kg), sur une distance équivalente à la hauteur des hanches, des épaules et des yeux. Dans sa première partie, ce rapport comporte une analyse cinématique qui permet de décrire les stratégies articulaires employées par les sujets. Une augmentation de la masse de la caisse induit des stratégies motrices plus efficientes chez les sujets comme celle de rapprocher davantage du tronc la charge à soulever lors du déplacement. Lever une caisse à hauteur des yeux lors d’un déplacement de charge augmente la contribution de la ceinture scapulaire au mouvement par rapport à une levée à hauteur des épaules. La hauteur de la caisse qui doit être manutentionnée affecte aussi l’élévation gléno-humérale.
Dans la seconde partie du rapport, un modèle musculosquelettique a été développé pour une première estimation des forces internes appliquées au membre supérieur lors de déplacement de boîte. Ce modèle est sensible aux variations de masse de la charge ainsi qu’aux différentes phases du déplacement. Cependant, il semblerait que les tâches étudiées ne modifient pas les forces et les activations musculaires maximales. Enfin, dans sa dernière partie, le rapport fait état de l’activité électromyographique (EMG) de dix muscles de la ceinture scapulaire et du bras. Cette mesure expérimentale EMG a permis d’identifier les principaux muscles impliqués lors de déplacement de caisse. Par exemple, les biceps n’étaient pas affectés par la hauteur de destination de la charge à soulever mais plutôt par l’augmentation de la masse de la caisse. En revanche, le trapèze supérieur semble être un muscle déterminant pour la levée de caisse dès que les tâches de manutention nécessitent un transfert à des hauteurs importantes, et ce, même si le rôle qu’il joue dans ce type de tâche reste à documenter. De plus, l’activité EMG des deltoïdes antérieur et médian est importante quelles que soient la hauteur et la masse des caisses. Une recommandation qui peut être formulée à partir de ce rapport est qu’une tâche qui nécessite un déplacement d’une caisse de 6 kg ou de 12 kg entre la hauteur des hanches et celle des épaules doit être préférée à un même déplacement entre la hauteur des épaules et celle des yeux. L’adoption d’une posture avec les coudes fléchis et la charge le plus près possible du torse est à encourager tant que les recherches n’auront pas validé de meilleures techniques à employer pour prévenir les blessures aux épaules lors d’un transfert de charge en hauteur.
Abstract
Recent epidemiologic literature reviews show that working with the arms raised increases the likelihood of developing musculoskeletal disorders (MSD) of the shoulders. Although the origin and mechanisms of shoulder MSD have not been demonstrated in the scientific literature, performing a task with the arms up increases the load on the shoulder muscles. However, there is little to explain why this raised arm posture is awkward or how it affects the upper limb in movement. Musculoskeletal modelling of the human body is now an effective and non-invasive way to obtain information on the internal forces applied to the muscles, tendons and bones.
The overall objective of this research project was to develop (1) a kinematic model and (2) a musculoskeletal model of the shoulder girdle and arm in order to study shoulder biomechanics during handling and (3) to test its sensitivity to task conditions and masses. Laboratory simulations of several handling tasks were done to evaluate musculoskeletal stress on the shoulder during such tasks. Eighteen subjects moved instrumented boxes of three different masses (6 kg, 12 kg and 18 kg) over the same distance at hip, shoulder and eye level. The first part of the report contains a kinematic analysis describing the joint strategies used by the subjects. Increased box mass produces more efficient motor strategies in the subjects, such as bringing the load to be lifted closer to the trunk during the movement. Lifting a box to eye level when moving a load increases the shoulder girdle’s involvement in the movement compared to lifting it to shoulder level. The height of the box to be handled also affects glenohumeral elevation.
In the second part of the report, a musculoskeletal model was developed for a preliminary estimate of the internal forces applied to the upper limb when the box is moved. The model is sensitive to load mass variations and the different stages of the movement. However, the specific tasks performed do not seem to change the maximum forces and muscle activations. The last part of the report describes the electromyographic (EMG) activity of ten shoulder girdle and arm muscles. This experimental EMG measurement identified the main muscles involved in moving a box. For instance, the biceps were not affected by the final height of the load to be lifted, but by increased box mass. On the other hand, the upper trapezius seems to be decisive when the handling tasks require lifting a box to a significant height, although the role it plays in this kind of task has yet to be documented. In addition, EMG activity of the anterior and median deltoids is significant regardless of box height and mass. One recommendation that can be made on the basis of this report is that a task that involves moving a 6 kg or 12 kg box between hip and shoulder level should be preferred to the same movement between shoulder and eye level. Taking a posture with the elbows bent and the load held as close to the trunk as possible should be encouraged until research has validated better techniques for preventing shoulder injury when transferring a load at a height.
ISBN
9782896317356
Mots-clés
Troubles musculosquelettiques, Musculoskeletal disease, Épaule, Shoulder, Manutention manuelle, Manual handling, Modèle, Model, Mécanique humaine, Body mechanics, Extrémités supérieures, Upper extremities, Électromyographie, Electromyography
Numéro de projet IRSST
2010-0024
Numéro de publication IRSST
R-828
Citation recommandée
Desmoulins, L., Michaud, B., Allard, P., Plamondon, A. et Begon, M. (2014). Cinématique et modélisation biomécanique de l’épaule lors de tâches de manutention (Rapport n° R-828). IRSST.