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INFLUENCE DES VIBRATIONS

INFLUENCE DES VIBRATIONS SUR LE CHEVAL DE SPORT

 

Etude Physiopathologique

 

 SIDETECH TECHNOLOGIES

PODEQUINOMETRIE APPLIQUEE

 2002

 

I – Vibrations mécaniques

Définition :

Une vibration se définit comme la variation, en fonction du temps, du mouvement ou de la position d’un système mécanique, dont l’amplitude est alternativement plus grande et plus petite qu’une certaine valeur moyenne de référence.

Les paramètres qui entrent en jeu dans une vibration sont :
-          la fréquence
-          l’amplitude ou déplacement (m)
-          la vitesse (m/s)
-          l’accélération et sons sens de déplacement (m/s2)

On peut définir la secousse (m/s3) comme la dérivée de l’accélération par rapport au temps. 

On estime généralement que :

Les vibrations de très basses fréquence correspondent à des fréquences de 0 à 2 Hz; les vibrations de basse fréquence correspondent à des fréquences de 2 à 20 Hz;les vibrations de haute fréquence correspondent à des fréquences de 20 à 1000 Hz. 

La direction des vibrations peut-être : Longitudinale - Transversale - Latérale

 

Type de vibrations :

On distingue 4 types de vibrations : Sinusoïdales - Périodiques - Aléatoires - Transitoires

Chez le cheval les vibrations sont : périodiques - Ce sont des mouvements vibratoires qui se reproduisent identiquement à eux-mêmes au bout d’un intervalle de temps constant T.

Valeurs limites d’exposition aux vibrations :

Le cheval de sport est soumis essentiellement à des expositions de type corps entier, c’est-à-dire à des expositions globales du corps. 

 

II – Vibrations subies par le cheval de sport

Les sources de vibrations sont :

Les sabots : vibrations périodiques 

Les fers et clous: augmentation des vibrations, fréquences de résonance.

Vibrations engendrées par le sabot ferré : Les vibrations engendrées par les sabots ferrés sont dues au mouvements alternatifs des membres en déplacements et de leurs posés sur le sol.

Les excitations dues aux forces et moments libres du sabot sur le sol ont des répercussions sur la réponse vibratoire de la charpente osseuse du cheval.

Le niveau vibratoire dépend bien entendu du type de sol et en particulier de la vitesse du cheval.

 

III- Physiopathologie des vibrations

Caractéristiques biophysiques du corps du cheval

Le corps du cheval soumis à des vibrations peut-être assimilé à des masses élémentaires suspendues(tête, thorax, bassin) réunies entre elles par des systèmes de ressorts et d’amortisseurs(ligaments, muscles, disques intervertébraux). 

Les effets physiologiques des vibrations sur le cheval sont dus aux déformations et aux déplacements relatifs que subissent les organes ou les tissus à certaines fréquences.

L’oscillation libre qu’aurait un système non amorti, après avoir subi une impulsion, s’appelle fréquence propre ou matérielle.

Lorsque le système est amorti la transmission du mouvement est maximale pour une fréquence particulière appelée fréquence de résonance. La fréquence de résonance est inférieure à la fréquence propre, mais les deux fréquences sont le plus souvent assez proches, les organes du corps du cheval correspondant à des systèmes peu amortis.

Les fréquences de résonance pour un sujet soumis à des vibrations verticales sont les suivantes :

-          tête :                                                          45 à 55 Hz

 -          globes oculaires :                             130 à 190 Hz

 -          thorax                  :                                     15 à 35 Hz

 -          cœur                     :                                     16 à 32 Hz

 -          masse thoraco-abdominale :                     16 à 36 Hz

 -          bassin :                                                       16 à 45 Hz

 -          colonne vertébrale :                                   50 à 70 Hz

 -          épaule                  :                                     20 à 40 Hz

 -          sabot                    :                                     50 à 200 Hz

 -          genou                   :                                     100 Hz

 -          jarret                   :                                     80 à 100 Hz

 Ces niveaux de vibrations permettent de comprendre les pathologies qui peuvent apparaître : troubles cardiaques, pulmonaires, visuels, ostéo-articulaires.

 Au dessous de 4 Hz le corps du cheval réagit comme une masse unique. Les premières résonances apparaissent entre 5 et 10Hz.

 La perception des vibrations est fonction :

 -          de la surface de contact
-          du type de fer
-          des caractéristiques physiques de la vibration(intensité, fréquence, direction)
-          de la posture du cheval
-        de la sensibilité du cheval au vibrations
-          de l’état musculaire et ostéo-articulaire
-          de l’activité physique du sujet
-          de l’activité mentale, psychologique et comportementale du sujet 

Classification des effets des vibrations sur le cheval de sport : 

On utilise généralement la classification suivante pour étudier les effets des vibrations : 

Très basses fréquences :           0 à 2 Hz

Basses fréquences        :           2 à 20 Hz

Hautes fréquences        :           20 à 1000 Hz (troubles ostéo-articulaires et  vasculaires).

 On considère trois conditions d’exposition aux vibrations :

 Les vibrations transmises au corps entier et omni-directionnelles ;

 Les vibrations transmises à l’avant-main et arrière main à travers les membres antérieurs et postérieurs

Les vibrations des extrémités telles que sabots, boulet, genoux…

 Chez le cheval de sport les vibrations de hautes fréquences 20 à 1000 Hz peuvent être génératrices de pathologies.

 Troubles liés aux vibrations de haute fréquence

 Facteurs étiologiques

 Conditions déterminantes :

 Mouvement du cheval , sol, poids de la ferrure, asymétrie de la répartition des charges dynamiques.

 Répétition régulière du mouvement

 Plus que l’intensité du mouvement, c’est son caractère oscillant qui joue. Un mouvement qui se répète régulièrement est plus nocif qu’un mouvement brusque et  irrégulier.

 Conditions favorisantes :

 L’état du système nerveux, l’état général, la chaleur, le confinement, le psychisme.

 IV- EFFETS DES VIBRATIONS DE HAUTE FREQUENCE

 Pour les fréquences de 20 à 1000 Hz, le corps du cheval n’est plus considéré comme une masse unique, mais comme un système de masses suspendues.

 Séméiologie :

 Effet sur l’activité musculaire :

 Chez un cheval de sport subissant ce type de vibrations le déplacements des masses corporelles va se traduire par stimulation de l’activité de la musculature pour compenser les effets vibratoires.

 Effet sur la colonne vertébrale :

 Les vibrations peuvent entraîner des microtraumatismes au niveau du rachis, surtout lombaire, microtraumatismes d’autant plus nuisibles que la colonne soit en déséquilibre (répartition des charges dynamiques).

 Effets sur les performances :

 Les diminutions des performances du cheval soumis à des vibrations périodiques rendent en effet plus difficile le travail (douleurs, sensibilités diverses). Les vibrations gêne les mouvements, elles entraînent une augmentation du temps de réaction, obligeant à une concentration plus importante sur la tâche principale.

 Effets sur la fonction respiratoire :

 Les vibrations de haute fréquence  ont tendance à augmenter les paramètres respiratoires : fréquence respiratoire, ventilation pulmonaire, et consommation d’oxygène.

 Cette augmentation serait liée à la tension musculaire générale engendrée par les vibrations de 50 à 60 Hz, il y a une tension très importante des muscles des lombes, du thorax, de l’abdomen et du dos.

 Effets cardio-vasculaires :

 Une augmentation de la fréquence cardiaque a été notée lors d’intensités vibratoires importantes, des perturbations de l’activité cardiaque ont été enregistrées, avec extrasystoles et quelquefois tachycardie.

 Effets digestifs et urinaires :

 On observe des troubles du tractus digestif et du tractus urinaire, en partie dus à des modifications du peristaltisme des muscles lisses viscéraux.

 Effets sur les articulations, tendons et gaines :

 Les effets pathologiques dépendent de la fréquence et de l’amplitude dominante car il y a superposition des différents mouvements.

 Ostéo-articulaire :

 Arthrose, ossification tendineuse, hyper-ostoses : fragments libres dans les articulations, formations osseuses, apparition de kystes-géodes.

 Tendineux :

 Epicondylalgies, epitrochalgies

  

II – FERRURE – SOL - AMORTISSEMENT

 L’interaction entre le sol et la ferrure et le pied dépend de plusieurs paramètres : le sol, le fer, le pied, les allures et la neurologie. Pour comprendre la relation de la ferrure à un sol il est important de se pencher sur les caractéristiques du pied, sur les objectifs de la ferrure, les allures, le poser du sabot et cela suivant chaque type de sol où le cheval peut se mouvoir. 

LE PIED 

La première caractéristique du pied est la relation qui relie, par l’intermédiaire de l’engrènement keraphylle-podophylle, la 3ème phalange et la boite cornée. La muraille est ainsi fixée à l’appareil ostéo-articulaire qui est lui même en suspension dans le sabot. Une force de cohésion très importante apporte au pied une résistance aux forces dues à la suspension de l’appareil ostéo-articulaire et aux chocs venant de l’extérieur. Une enthèse est l’attache d’un tendon ou d’un ligament sur un os. Il existe plusieurs enthèse sur la 3ème phalange : fléchisseur profond du doigt, extenseur du doigt, ligaments collatéraux de l’articulation inter phalangienne distale ou ligaments chondropédaux. L’engrènement keraphylle/podophylle peut être considéré comme une enthèse qui a de nombreuses répercussions sur la physiologie et la pathologie du pied.

 Par ailleurs, une seconde caractéristique du pied est son élasticité qui permet à la paroi de se déformer à l’impact sur le sol et de diminuer les fréquences de résonances et les vibrations transmises à l’appareil ostéo-articulaire. Les talons à l’impact s’écartent des quartiers, la couronne recule en pince du fait du recul de la 3ème phalange dans la boite cornée générant ainsi une augmentation de la tension sur l’engrènement keraphylle/podophylle en face dorsale du pied.

 La dernière caractéristique est l’innervation du pied, laquelle est sensitive sous la dépendance des mécanorécepteurs et des nocicepteurs. Les premiers sont très sensibles aux variations de pressions lentes (ainsi qu’aux fréquences de résonances) qui contrôle la station et aux variations brutales la locomotion.

Ces récepteurs d’extrême importance se situent au niveau de la fourchette et des talons. Non existant en région dorsale du pied.

 Le cheval possède une sensation du sol très développé « il voit par ses pieds », cette sensation est essentiellement en relation avec les variations de pression.

 Le cheval ne peut pas répondre de manière active (allures rapides), lors de la phase d’impact pied/sol, le temps de la réponse neurophysiologique est supérieur au temps d’impact.

 Les forces, vibrations, fréquences de résonance qui agissent sur le pied à l’impact sont contrôlés par des facteurs passifs et non par une coordination neuromusculaire.

 Les récepteurs de la douleur – nocicepteurs – sont répartis partout dans le pied, on ne connaît pas l’innervation de la membrane kératogène, par contre aux enthèses se concentre les nocicepteurs. Il est donc très important de bien répartir les pressions au niveau du pied.  Le tissu podophylleux est fortement sollicité pendant l’impact, la sollicitation excessive de ce tissu engendre des inflammations, de la douleur, syndrome de compartiment.

 La ferrure à pour objet de préserver le sabot , par contre la ferrure augmente le poids de la partie distale du membre ce qui engendre une action négative sur la boîte cornée car le fer agit directement sur l’élasticité du sabot en augmentant le choc, multipliant les vibrations et fréquences vibratoires de l’impact du pied sur le sol. Non seulement un fer doit être résistant mais surtout d’un poids parfaitement adapté à la sensibilité propre du sabot répartissant au mieux les pressions lors du poser. (charge statique : poids N divisé par la surface d’appui mm2)

 ALLURES

 Chaque foulée se décompose en deux phases :

a)    appui/sol= pression/choc= vibration/Fréquence
b)    phase de soutien pied en l’air= remontée des vibrations(ponts vibratoires)

note : plus la vitesse augmente plus les appuis au sol sont courts, mais les forces exprimées augmentent car la propulsion est augmentée (poussée), les phases de soutien plus longues et les foulées plus courtes.

Si le cheval ressent une douleur sur un pied la durée de l’appui/sol va augmenter (asymétrie des charges dynamiques/pressions) aux dépens de la phase de soutien. Lors de l’appui la première partie de la foulée est une phase d’amortissement où les pressions s’exercent très fortement et sont ressenties, la seconde phase de la foulée est une phase de propulsion et la performance de la propulsion est liée à l’énergie acquise dans l’appui par les tendons. Plus la vitesse est grande et plus les forces, pressions ,vibrations sont grandes et plus le temps d’absorption de ces forces est court.

 LES SOLS

 Sur un sol dur la charge de l’appui est uniquement supportée par les parois du pied, alors que sur sol plus souple une partie de la charge est portée par la fourchette et la sole.

 Si le sol est « fouillant » l’allure est relevée demandant une propulsion plus importante pour une vitesse moins importante et une fatigue supplémentaire.

 Amortir les pieds du cheval de sport n’est pas une « tare » qui doit complexer l’utilisateur et/ou le maréchal. Les sols sont tous différents et limiter les efforts sur les ligaments, les capsules articulaires… optimise les performances.

 Un amortisseur élastique signifie qu’il se déforme sous la pression de la charge de l’appui du pied en reprenant sa forme initiale au lever du pied (mémoire, résistance mécanique), cette élasticité permet d’augmenter la performance car elle favorise la propulsion.

 D’autre part, l’amortisseur (Sidewinder* ISO9002) va absorber 85 à 90% de la force F de  l’impact sens bas en haut et restituer 10 à 15% de cette force F’ sur l’appareil ostéo-articulaire, ce qui va concrétiser un réel amortissement en 3D, axes X,Y,Z en prenant en compte une diminution très importante des vibrations, ondes de chocs.

 Les ponts vibratoires, os, ligaments, muscles, articulations seront moins sollicités, les allures sont plus légères, les douleurs sont diminuées voir éliminées, les nocicepteurs ne sont plus sollicités, le sentiment de confort est actif et ressenti sur le plan émotionnel même aux allures rapides puisque le cortex ne reçoit, dans ce cas, plus d’informations des neuro récepteurs d’où partent des influx transmis par des nerfs spécifiques qui convergent dans la corne dorsale de la moelle épinière puis, par relais, passent dans la corne ventrale opposée pour atteindre les différentes structures du système nerveux central.

 L’amortissement des pieds/sabots a une grande importance sur la proprioception, les maladies ostéo-articulaires et le tissu podophylleux, le cheval étant très sensible aux pressions.

 La ferrure qui permet de répartir de façon OPTIMUM les charges dynamiques, donc les pressions apportera au cheval plus de  compétitivité aux dépens de tous les éléments anatomiques qui aideront à sa propulsion, la ferrure doit donc être la plus légère possible.

 

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