Avantage mécanique musculaire de la marche et de la course humaines : implications pour le coût énergétique

Les forces musculaires générées lors de la locomotion dépendent de la vitesse, du mode de déplacement et de la taille d'un animal, et sous-tendent la demande énergétique pour alimenter la locomotion. Les changements dans la posture des membres affectent les forces musculaires en modifiant l'avantage mécanique de la force de réaction au sol (R) et donc l'avantage mécanique effectif (EMA = r/R, où r est l'avantage mécanique musculaire) pour la production de force musculaire. Nous avons utilisé la dynamique inverse basée sur des enregistrements de plaques de force et cinématiques de sujets humains marchant et courant à des vitesses constantes pour examiner comment les changements dans l'EMA musculaire affectent les exigences en force musculaire pour ces modes de déplacement. Nous avons trouvé une diminution de 68 % de l'EMA des extenseurs du genou lorsque les humains sont passés de la marche à la course, comparativement à une augmentation de 18 % de l'EMA des extenseurs de la hanche et une augmentation de 23 % de l'EMA des extenseurs de la cheville. Alors que l'articulation du genou était étendue (154-176 degrés) pendant une grande partie de la phase de soutien de la marche, sa position fléchie (134-164 degrés) pendant la course a entraîné une augmentation de 5,2 fois de l'impulsion des quadriceps (force intégrée dans le temps pendant la phase d’appui) nécessaire pour soutenir le poids du corps au sol. Cette augmentation était associée à une augmentation de 4,9 fois du moment de la force de réaction au sol autour du genou. En revanche, l'impulsion des extenseurs a diminué de 37 % (P < 0,05) au niveau de la hanche et n'a pas changé au niveau de la cheville lorsque les sujets sont passés de la marche à la course. Nous concluons que la diminution de l'avantage mécanique des membres (moyenne de l'EMA des extenseurs des membres) et l'augmentation de l'impulsion des extenseurs du genou pendant la course contribuent probablement au coût métabolique plus élevé du transport en courant par rapport à la marche. Le faible avantage mécanique chez les humains qui courent peut également expliquer les observations précédentes d'un coût métabolique de transport plus élevé pour les humains en course par rapport aux quadrupèdes au trot et au galop de taille similaire.