La performance des pilotes de course automobile est en partie conditionnée par la prise d’informations visuelles sous facteur de charge. Celle-ci peut-être perturbée par la présence de pathologies cervicales, aiguës ou chroniques, ainsi que par la fatigue. Les progrès techniques réalisés au niveau de la conception des voitures de course (appui aérodynamique important, pneumatiques très adhérents, freins en carbone en F1) en permettant d’atteindre de hauts niveaux d’accélérations, exposent les pilotes à des contraintes importantes. En Formule 1, les accélérations latérales en virage rapide atteignent 4 G et les décélérations lors des freinages violents atteignent 3 G. Aux effets liés à ces accélérations viennent se greffer ceux générés par les vibrations et la position demi allongée qui impose une forte flexion à la charnière cervico-thoracique (Burton et Sandover, 1987 ; Portero et Lemenn, 1992). Les sujets exposés à ces niveaux d’accélérations présentent souvent des syndromes douloureux cervicaux affectant soit le système musculaire, soit le système ostéoarticulaire (Burton et Sandover, 1987 ; Eymery et coll., 1986 ; Maertens, 1988).

Le rachis cervical peut être considéré comme une zone "critique" de la colonne vertébrale dans la mesure où la répétition d’accélérations de haute intensité semble être un facteur favorisant l’apparition de lésions dégénératives arthrosiques (Gillen et coll., 1990) et discales (Hämäläinen et coll., 1993), comme cela a été décrit chez les pilotes d’avions de combat. Cependant, dans le domaine de la compétition automobile il n’existe pas actuellement, à notre connaissance, de données évaluant les séquelles à moyen et long termes. La fréquence des diverses pathologies ren-contrées a rendu nécessaire le développement de divers programmes de recherches visant à analyser la réponse du système cervical aux contraintes subies, aussi bien par les pilotes d’avion de chasse (Helleur et coll., 1984 ; Hämäläinen et Vanharanta, 1992 ; Hoek Van Dijke et coll., 1993) que par les pilotes de Formule 1 (Portero et Duforez, 1995).

L’approche d’une région à haut risque comme le rachis cervical n’est complète que s’il est possible d’évaluer la fonction musculaire et en particulier la production de force. En laboratoire, le rachis cervical a fait l’objet d’un nombre relativement limité d’études sur la production de force. La plupart des auteurs n’ont étudié que la fonction d’extension (Helleur et coll., 1985 ; Schüldt et Harms-Ringdahl, 1988b ; Mayoux-Benhamou et coll., 1989 ; Highland et coll., 1992 ; Pollock et coll, 1993 ; Queisser et coll., 1994 ; Conley ey coll., 1997) et peu d’études portent sur la flexion (Silverman et coll., 1991 ; Barton et Hayes, 1996). Certains auteurs ont évalué plusieurs fonctions dont la rotation mais en excluant la latéroflexion (Berg et coll., 1994) et d’autres en incluant la latéroflexion (Levoska et coll., 1992). Pourtant, cette fonction qui présente l’avantage de solliciter, lors de tests maximaux ou de fatigue, aussi bien les muscles cervicaux antérieurs que postérieurs (Phillips et Petrofsky, 1983 a) n’a été que rarement étudiée en terme de production de force (Patrick et Chuo, 1975 ; Levoska et coll., 1992 ; Portero et Guézennec, 1995). D’autres études portent sur la latéroflexion mais sans faire référence au niveau de force maximale (Schüldt et Harms-Ringdahl, 1988a ; Keshner et coll., 1989 ; Costa et coll., 1992 ; Lu et Bishop, 1996). Concernant les modalités de la contraction, la quasi totalité des auteurs n’utilisent que la contraction isométrique et à notre connaissance, il n’existe pas d’étude faisant référence à des mesures de force maximale en dynamique. Récemment, une méthode a été mise au point pour la mesure des couples de force développés par la musculature du cou, en isocinétique et isométrique, pour la fonction de latéroflexion. A partir de ce point il a été possible d’envisager des applications dans certains domaines comme l’aéronautique, l’automobile et l’expertise médicale (Portero et Guézennec, 1995). L’application de la technique isocinétique au rachis cervical s’avère donc possible, comme autres systèmes articulaires de l’appareil locomoteur (Kannus, 1994).

L’objectif de cette étude a été de quantifier et comparer les différents niveaux de force en isométrique et en isocinétique développés par les muscles cervicaux dans la fonction de latéroflexion cervicale des pilotes de course automobile dans les principales catégories de monoplaces européennes et de sujets témoins. Cette étude a été réalisée à l’Institut de Médecine Aérospatiale du Service de Santé des Armées à Brétigny sur Orge et au Centre Biomédical Sports et Vie à Maisons-Laffitte.

Elle se compose de 87 sujets volontaires sains, sans pathologie cervicale déclarée au moment des tests, répartis en deux populations et cinq groupes (Tableau I) :

• 72 pilotes de course automobile en période de compétition répartis en quatre groupes définis à partir des quatre principaux types de monoplaces :

- Formule 1 (F1) ;

- Formule 3000 (F3000) ;

- Formule 3 (F3) ;

- Regroupement des Formules Renault, Ford, Campus (FR).

• 15 sujets témoins.

Les mesures ont été effectuées à l’aide d’un système spécifiquement conçu pour le rachis cervical et adapté sur un dynamomètre isocinétique (Cybex II et 330, Lumex Inc., NY, USA)(Portero et Guézennec, 1995).

L’installation générale du sujet est représentée sur la figure 1.

Les sujets étaient assis sur une chaise expérimentale (tronc vertical), la tête fixée, en position de référence, dans un étrier dont les points d’applications (recouverts de mousse à densité élevée et de 2 cm d’épaisseur) se situent en regard des os temporaux. Cet étrier est fixé sur la branche horizontale d’une potence reliée par sa branche verticale à un système de fixation standard du dynamomètre. L’axe de rotation du dynamomètre est situé horizontalement en regard de la jonction entre la 7ème vertèbre cervicale et la 1ère vertèbre thoracique. Le tronc était maintenu latéralement par des cales placées au niveau des épaules. Le bassin était maintenu par une sangle large fixée au siège.

Pour des raisons de disponibilité des différentes populations, le protocole expérimental a été simplifié par rapport à celui initialement décrit (Portero et Guézennec, 1995) en réduisant le nombre de tests. Seuls les tests en isométrique "tête en position de référence" et en isocinétique à 30°.sec-1 ont été effectués de façon randomisée, après échauffement sur le système de mesure.

Préalablement aux tests, les sujets ont été familiarisés à l’utilisation du système de mesure en particulier sur le mode isocinétique. Cette phase d’habituation a permis d’observer et de comparer la forme de la relation couple/angle obtenue par rapport à la courbe témoin récemment décrite (Portero et coll., 1996b). L’obtention d’une courbe semblable attestait de la bonne compréhension et participation du sujet aux tests. Lorsque les courbes ne correspondaient pas à la forme attendue, les résultats n’étaient pas pris en compte et les sujets repassaient les tests ultérieurement.

Les sujets réalisaient une série de trois contractions isocinétiques maximales lors de trois aller-retours de la droite vers la gauche ou le contraire et une série de trois contractions isométriques maximales espacées d’un temps de repos minimal de 30 sec, deux séries de tests étaient séparés par un repos de minimum de 5 minutes. Dans tous les cas, seules les valeurs maximales ont été prises en compte pour l’analyse statistique des résultats.

Les moyennes et écart-types (SD) ont été calculés pour tous les paramètres testés. Nous avons utilisé une analyse de variance (ANOVA) à deux facteurs (côté et groupe). Quand l’ANOVA révélait des différences significatives (p = 0,05), un test post-hoc de Fisher était réalisé. Le seuil de significativité était fixé à p = 0,05.

Les résultats portent sur les quatre catégories de pilotes (F1, F3000, F3 et FR) et le groupe témoins. Ils sont présentés sous forme de moyenne ± écart-type (SD) et l’analyse statistique porte sur la comparaison de ces moyennes.

Les résultats de couples de force cervicaux, présentés sur le tableau 2, montrent :

• d’une part, qu’il n’existe pas de différence significative entre côté droit et gauche et ceci quel que soit le groupe ;

• d’autre part, que les couples moyens (droite/gauche) développés par les 5 groupes sont progressivement décroissants de la F1 au témoins (figure 2).

Les plus grandes différences de force sont observées entre le groupe F1 et le groupe témoins, elles sont de 25,4 % en isométrique et de 25,7 % en isocinétique.

L’analyse statistique montre que le groupe F1 se dissocie significativement de tous les autres groupes, aussi bien en isométrique qu’en isocinétique (sauf en F3000 où l’on ne peut parler que de tendance).

Concernant les différences entre les autres groupes entre eux et en isométrique, celles-ci ne sont pas systématiquement significatives (F3000/F3, F3000/FR, F3/FR et FR/Témoins). Par contre, en isocinétique les différences apparaissent plus évidentes, elles sont significatives de catégorie à catégorie, sauf seulement dans trois cas (F1/F3000, F3000/F3 et FR/Témoins).

Enfin, il apparaît que les groupes F3000 et F3 d’une part et FR et Témoins d’autre part ne se différencient pas significativement entre eux, quel que soit le mode de contraction.

Tableau 1 : Caractéristiques des groupes de pilotes évalués (Moyenne ( SD)

Tableau 2 : Couples de force (exprimés en N.m) développés par les muscles cervicaux en latéroflexion (Moyenne ( SD)

Tableau 3 : Couples de force moyens (droit et gauche) développés par les muscles cervicaux en latéroflexion (Moyenne ( SD)

Tableau 4 : Comparaison entre les différents groupes pour les couples de force moyens développés en isométrique et en isocinétique à l’aide d’un test post-hoc de Fisher (* P = 0,05 ; ** P = 0,01 ; *** P = 0,001 ; N.S. différence non significative)

Tableau 5 : Contraintes accélérométriques moyennes des types de monoplaces (± Gy = accélérations latérales et - Gx = décélération)

Cette étude a permis de caractériser les différents groupes de pilotes étudiés et une population de sujets témoins en fonction du niveau des couples de force produits par les muscles du cou lors des mouvements de latéroflexion cervicale. Elle montre qu’il existe une certaine hiérarchie entre les différents groupes étudiés.

La première observation porte sur la symétrie dans la production de force, cela apparaît logique pour le groupe témoins mais, pour les pilotes la plupart des circuits tournent dans le sens horaire, c’est à dire avec un nombre plus important de virages à droite et donc des accélérations latérales gauches plus fréquentes ce qui sollicite plus souvent les muscles cervicaux du côté droit. Cet aspect asymétrique des contraintes disparaît probablement lors des freinages intenses qui sollicitent la musculature postérieure de façon bilatérale. Cependant, seule l’analyse des contraintes accéléro-métriques couplée aux activités électromyo-graphiques des muscles cervicaux en situation de pilotage permettrait d’aborder les séquences et niveaux d’activation d’une partie de la musculature et vérifier si effectivement les muscles d’un côté sont plus souvent sollicités par rapport à l’autre côté.

La deuxième observation, qui est probablement la plus importante, porte sur la hiérarchisation des groupes en fonction de la force produite. En effet, les couples de force les plus importants ont été produits par les pilotes des monoplaces les plus contraignantes mais aussi pour lesquels la durée des séances d’essais et des courses est la plus longue (Tableau 5). Les différences de force observées entre les 5 groupes sont donc en partie le reflet de l’adaptation aux contraintes auxquelles sont soumis les sujets durant toute l’année.

La spécificité des accélérations est probablement à l’origine de cette différence. L’adaptation du muscle à la contrainte, marquée par l’augmentation de la force, est le signe d’une part, de l’adaptation nerveuse classiquement décrite dans les études portant sur le renforcement musculaire (amélioration des capacités de contrôle et de recrutement des muscles impliqués dans le mouvement), et d’autre part d’une adaptation morphologique mise en évidence par l’augmentation de la masse musculaire (Sale, 1988). Sur ce point, de récents travaux ont mis en évidence la très grande plasticité de la musculature cervicale consécutivement à un programme de renforcement musculaire (Conley et coll., 1997).

Concernant la production de force maximale, nos résultats sont en accord avec ceux de Patrick et Chuo (1975) qui ont mesurés, en isométrique, des couples maximaux de l’ordre de 47,5 N.m. En effet, le couple moyen développé par les pilotes de F1 dépasse 45 N.m, avec des sujets atteignant des valeurs supérieures à 55 N.m.

Globalement les pilotes de F1 sont significativement plus forts que toutes les autres populations même si la différence avec les pilotes de F3000 en isocinétique n’est pas significative. Ceci est probablement dû à la similitude des contraintes subies (intensité et durée).

Les différences entre les autres groupes ne sont pas toujours significatives (plus particulièrement en isométrique) ce qui pourrait être lié à un effet moindre du pilotage mais aussi à des caractéristiques morphologiques musculaires propres aux individus leur permettant de développer naturellement des forces importantes. Seul le couplage systématique de la mesure de force et de la mesure de surface de section des muscles cervicaux (par scanner ou IRM) pourrait permettre de vérifier ce point, la proportionnalité entre surface de section musculaire et force ayant été mis en évidence pour les muscles cervicaux lors de l’extension (Mayoux-Benhamou et coll., 1989).

En isocinétique, les écarts entre les différents groupes sont plus marqués, ceci pourrait être lié à de moins bonnes capacités motrices en dynamique en particulier pour les groupes FR et témoins. En effet, "l’expérience cervicale" des pilotes décroît de la F1 à la FR et à fortiori pour les sujets témoins ce qui induit, au niveau cervical, un vécu moteur moins développé et donc probablement une moins bonne capacité à enchaîner les mouvements de latéroflexion en aller-retour. Ces mouvements impliquent l’alternance de phases d’accélération et de décélération lors des changements de direction et des freinages nécessitant la mise en place de programmes moteurs complexes (enchaîne-ment de phases de contractions musculaires concentriques et excentriques) qui impliquent plus de 25 muscles de chaque côté de la colonne cervicale. Par contre, la situation isométrique ne sollicite pas ce type de programme moteur, ce qui permettrait d’expliquer en partie les différences moins marquées en isométrique.

Enfin, la notion d’entité cervico-brachiale prend ici tout son sens puisqu’au cours du pilotage, au travail spécifique des muscles cervicaux se combine le travail des muscles des membres supérieurs. Cette combinaison s’observe particulièrement dans les courbes rapides où les fortes accélérations latérales sont toujours associées à des efforts élevés sur le volant, ce qui représente une tâche motrice non négligeable pour le pilote (Portero et coll., 1996a).

CONCLUSION

Cette étude a permis, grâce à cette méthode fiable de l’évaluation de la fonction musculaire cervicale, de mettre en évidence des niveaux d’adaptation différents en fonction du type de monoplaces pilotées et de sujets témoins. Ce sont les véhicules les plus contraignants (F1) qui entraînent la plus grande adaptation de la musculature cervicale se traduisant par la plus grande force cervicale. La musculature cervicale joue un rôle important dans la stabilisation, l’amortissement et la répartition des contraintes sur le rachis cervical d’où son rôle protecteur. Cependant, assez peu d’études ont été réalisées directement sur les muscles cervicaux de l’homme, aussi il semble nécessaire de compléter le tableau fonctionnel en augmentant, d’une part, la gamme des vitesses des mouvements pour les tests isocinétiques, et d’autre part, le nombre des positions du cou pour les mesures isométriques. Ceci permettrait d’établir les relations fonctionnelles couple/vitesse et couple/angle spécifiques au rachis cervical et aux types d’activité. Enfin, la force n’est pas le seul critère à prendre en compte pour la caractérisation fonctionnelle du rachis cervical. La combinaison de mesures dynamométriques (isométrique et isocinétique) à d’autres techniques comme l’électromyographie (mesure de la fatigabilité et du niveau d’activation) ou l’imagerie médicale permettrait d’améliorer le tableau fonctionnel de cette région à risques.

1 • Barton PM, Hayes KC. Neck flexor muscle strength, efficiency, and relaxation times in normal subjects and subjects with unilateral neck pain and headache. Arch Phys Med Rehabil 1996; 77: 680-687

2 • Berg HE, Berggren G, Tesch PA. Dynamic neck strength training effect of pain and function. Arch Phys Med Rehabil 1994; 75: 661-665

3 • Burton AK, Sandover J. Back pain in Grand Prix drivers: a "found" experiment. Applied Ergonomics 1987; 18: 3-8

4 • Conley MS, Stone MH, Nimmons M, Dudley GA. Resistance training and human cervical muscle recruitment plasticity. J Appl Physiol 1997; 83: 2105-2111

5 • Costa D, Vitti M, De Oliveira Tosello D. Electromyographic study of the sternocleidomastoid muscle in head movements. Electromyogr Clin Neurophysiol 1990; 30: 429-434

6 • Eymery A, Bence Y, Bence G, Commandré F. Sports automobiles et rachis cervical des pilotes. Médecine du Sport 1986 ; 60 : 181-185

7 • Gillen MH, Raymond D. Progressive cervical osteoarthritis in high performance aircraft pilots. NATO-AGARD, Neuilly sur Seine, France, AGARD CP-471: 6-1, 66, 1990

8 • Hämäläinen O, Vanharanta H. Effects of Gz forces and head movements on cervical erector spinae muscle strain. Aviat Space Environ Med 1992; 63: 709-716

9 • Hämäläinen O, Vanharanta H, Kuusela T. Degeneration of cervical intervertebral disks in fighter pilots frequently exposed to high +Gz forces. Aviat Space Environ Med 1993; 64: 692-696

10 • Helleur C, Gracovetsky P, Farfan H. Tolerance of the human cervical spine to high acceleration: a modelling approach. Aviat Space Environ Med 1984; 55: 903-909

11 • Helleur C, Gracovetsky P, Farfan H. Modeling of the muscular response of the human cervical spine. In: D.A. Winter et coll. (Eds), Biomechanics IX-B, Int. Series on Biomechanics, Vol. 5b, Human Kinetics Publishers, Champaign, IllInois, pp 82-87, 1985

12 • Highland TR, Dreisinger TE, Vie LL, Russell GS. Changes in isometric strength and range of motion of the isolated cervical spine after eight weeks of clinical rehabilitation. Spine 1992; 17: S77-S82

13 • Hoek Van Dijke GA, Snijders CJ, Roosch ER, Burgers PICJ. Analysis of biomechanical and ergonomic aspects of the cervical spine in F-16 flight situations. J Biomechanics 1993; 26: 1017-1025

14 • Kannus P. Isokinetic evaluation of muscular performance. Int J Sports Med 1994; 15: S11-S18

15 • Keshner EA, Campbell D, Katz RT, Peterson BW. Neck muscle activation patterns in humans during isometric head stabilization. Exp Brain Res 1989; 75: 335-344

16 • Levoska S, Keinänen-Kiukanniemi S, Hämäläinen O, Jämsä T, Vanharanta H. Reliability of a simple method of measuring isometric neck muscle force. Clin Biomechanics 1992; 7: 33-37

17 • Lu WW, Bishop PJ. Electromyographic activity of the cervical musculature during dynamic lateral bending. Spine 1996; 21: 2443-2449

18 • Maertens de Noordhout B. Compétitions automobiles en circuit fermé. Etude des sollicitations articulaires et musculaires. Médecine du Sport 1988 ; 62 : 119-123

19 • Mayoux-Benhamou MA, Wybier M, Revel M. Strength and cross-sectional area of the dorsal neck muscles. Ergonomics 1989; 32: 513-518

20 • Patrick LM, Chuo CC. Response of the human neck in flexion, extension and lateral flexion. Vehicle Research Institute Report VRI 7.3. NewYork: Society of Automotive Engineers, 1976

21 • Phillips CA, Petrofsky JS. Neck muscle loading and fatigue: systematic variation of headgear weight and center-of-gravity. Aviat Space Environ Med 1983a; 54: 901-905

22 • Phillips CA, Petrofsky JS. Quantitative electromyography: response of the neck muscles to conventional helmet loading. Aviat Space Environ Med 1983b; 54: 452-457

23 • Pollock ML, Graves JE, Bamman MM, Leggett SH, Carpenter DM, Carr C, Cirulli J, Matkozich J, Fulton M. Frequency and volume of resistance training: effect on cervical extension strength. Arch Phys Med Rehabil 1993; 74: 1080-1086

24 • Portero.P, Canon F, Bosle JP, Cornetet P, Duforez F. Specific isokinetic assessment of racing car driver. IXth Congress of the International Council of the Motorsport Sciences, Toronto, november 21-23, 1996a.

25 • Portero P, Chemoul G, Canon F, Jardé O, Guézennec CY. Approche isocinétique de la fonction musculaire en lateral flexion du rachis cervical. Intérêt pour lévaluation et l’expertise. J Med Lég 1996b ; 39 : 595-597.

26 • Portero P, Duforez F. Environmental stress in car racing. In : Proceedings of the VIIIth Congress of the International Council of Motorsport Sciences, Miami, november 9-11, 1995

27 • Portero P, Guézennec CY. Mise au point d’une méthode d’évaluation de la fonction musculaire du rachis cervical. Ann Kinésithér 1995 ; 22 : 31-36

28 • Portero P, Lemenn M. Vibratory status of Formula One drivers. Vth Congress of the International Council of Motorsport Sciences, Seattle, July 31-August 1, 1992

29 • Queisser F, Blüthner R, Bräuer D, Seidel H. The relationship between the electromyogram-amplitude and isometric extension torques of neck muscles at different positions of the cervical spine. Eur J Appl Physiol 1994; 68: 92-101

30 • Sale DG. Neural adaptation to resistance training. Med Sci Sports Exerc 1988; 20: S135-S145

31 • Schüldt K, Harms-Ringdahl K. Activity levels during isometric test contractions of neck and shoulder muscles. Scand J Rehab Med 1988a; 20: 117-127

32 • Schüldt K, Harms-Ringdahl K. EMG/moment relationship in neck muscles during isometric cervical spine extension. Clin. Biomechanics 1988b; 3: 58-65

33 • Silverman JL, Rodriguez AA, Agre JC. Quantitative cervical flexor strength in healthy subjects and in subjects with mechanical neck pain. Arch Phys Med Rehabil 1991; 72: 679-681