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Les commotions cérébrales au soccer : quelles sont les causes? - Par : Caroline Lecours, Éric Wagnac, Yvan Petit,

Les commotions cérébrales au soccer : quelles sont les causes?


Caroline Lecours
Caroline Lecours Profil de l'auteur(e)
Caroline Lecours est doctorante au Département de génie mécanique de l’ÉTS. L'objectif de son projet de doctorat est de déterminer la fréquence et le risque des commotions cérébrales lors de la pratique du soccer.
Programme : Génie mécanique 

Éric Wagnac
Éric Wagnac est professeur au département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses recherches portent sur la biomécanique, la conception par ordinateur, la simulation par éléments finis, les dispositifs de protection et les outils chirurgicaux.
Programme : Génie mécanique 

Yvan Petit
Yvan Petit est professeur au département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses intérêts de recherche portent sur la conception assistée par ordinateur, la biomécanique, les dispositifs médicaux et de protection et la fabrication additive.

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Caroline Lecours a obtenu un DEC en sciences de la nature du Cégep de Maisonneuve. Après un baccalauréat et une maîtrise en génie mécanique, elle poursuit ses études au doctorat à l’ÉTS.

Introduction

Le soccer est un sport populaire à travers le monde, principalement auprès des jeunes, qui comprend plus de 200 millions de joueurs [1]. Au Canada, le soccer est le sport le plus pratiqué par les jeunes entre 3 et 17 ans [2]. Le rapport annuel de l’Association canadienne de soccer indique que plus de 824 181 joueurs, juniors et séniors, ont été enregistrés en 2014. De ce nombre, 183 711 proviennent du Québec [3]. Cette popularité augmente la probabilité de blessures reliées à ce sport. Ainsi, entre 2007 et 2010, plus de 12 000 blessés âgés de 5 à 19 ont été enregistrés au Canada [4].

Les blessures les plus fréquentes de ce sport sont associées au bas du corps : cheville tordue, étirement ou même déchirement des muscles et des ligaments. Toutefois, la région de la tête et du cou représente de 4 à 22 % de toutes les blessures [5]. Bien que moins fréquentes, ces blessures entraînent des conséquences, qui à court et à long terme, peuvent être très graves et parfois aller jusqu’à la mort. Par exemple, un traumatisme crânien mineur avec commotion cérébrale, s’il n’est pas pris en charge correctement, risque de prolonger la période des troubles neurocognitifs, qui se traduisent par des difficultés mineures ou majeures d’attention, de mémoire ou de langage. De plus, une déficience hypophysaire (hormone) a été détectée chez les enfants et les adolescents ayant subi une commotion cérébrale, ce qui peut avoir un impact considérable sur le développement [6].

Le soccer est considéré comme un sport sans contact. Dans ce cas, quelles sont les causes des commotions cérébrales dans ce sport?

Impacts volontaires et involontaires

Comme dans tous les sports d’équipe, il y a toujours un risque d’impacts involontaires tels que les chutes au sol, les contacts avec les structures du but ou les contacts entre deux joueurs (voir les deux vidéos suivantes).

Ces impacts involontaires ne sont pas les seules causes des commotions cérébrales au soccer. En effet, les techniques de tête, définies par l’action volontaire de rediriger le ballon avec la tête, engendrent aussi un risque de commotions cérébrales. Il existe plusieurs techniques de tête : la passe rapide, le contrôle du ballon avec la tête, la tête plongeon, la tête offensive et la tête défensive.

Accélération de la tête

Les impacts involontaires et les techniques de tête présentés ont tous un point en commun : ils engendrent une accélération souvent importante de la tête. Considérée comme un des mécanismes les plus importants de blessures à la tête [7, 8], l’accélération est définie comme étant l’accroissement de la vitesse d’un corps en mouvement [9]. Elle peut être divisée en deux catégories : linéaire et angulaire. Une accélération linéaire est engendrée lorsque la force d’impact résultante sur la tête passe par le centre de gravité (Figure 1). Une technique de tête bien exécutée en serait un exemple. Lorsque la force d’impact résultante sur la tête ne passe pas par le centre de gravité, une accélération angulaire est produite (Figure 2).

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Figure 1 Force passant par le centre de gravité

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Figure 2 Force ne passant pas par le centre de gravité

Alors, quelle est l’accélération la plus dangereuse? La réponse à cette question réside dans les propriétés mécaniques du cerveau. Le cerveau baigne dans une substance liquide appelée liquide cérébrospinal. Les liquides ont la particularité d’être incompressibles, ce qui signifie que leur volume demeure constant même si une pression externe est appliquée. Le module de compressibilité du cerveau est d’environ 2 000 000 kPa, ce qui lui permet de supporter une certaine quantité d’accélération linéaire. Toutefois, lorsque le cerveau est soumis à un mouvement de rotation (accélération angulaire), les matières composant le cerveau se déplacent à différentes vitesses. Ce phénomène se nomme cisaillement. Pour le cerveau, le module de cisaillement est estimé à 68,90 kPa. Le cisaillement engendre l’étirement ainsi que le déchirement des tissus fondamentaux du cerveau, ce qui correspond à l’origine des troubles neurocognitifs.

Facteurs de risque

Une autre question se pose : quelles sont les personnes à risque de subir une commotion cérébrale lors de la pratique du soccer? Comme le développement musculaire n’est pas le même chez l’enfant, l’adolescent et l’adulte, les forces musculaires de ces groupes sont différentes. La force musculaire du cou et du dos est plus faible chez l’enfant et l’adolescent, ce qui peut causer une instabilité au cou. Cette instabilité augmente le risque de subir une commotion cérébrale. Les femmes seraient aussi plus à risque que les hommes de subir une commotion cérébrale puisque le cou des femmes et des hommes présente une géométrie différente [10]. Et bien que l’activation des muscles du cou serait plus rapide chez les femmes, elles subissent une accélération angulaire maximale plus élevée de 50 % comparée aux hommes [11].

Lorsqu’une commotion cérébrale survient et qu’elle n’est pas prise en charge, le risque d’une seconde commotion augmente. Ce risque peut être multiplié de quatre à six fois et ainsi augmenter le temps de récupération [12]. En plus, les enfants et les adolescents n’ont pas encore terminé leur développement; certains d’entre eux n’ont pas encore atteint une bonne autorégulation de la circulation sanguine cérébrale [13]. Lorsque le cerveau subit un second impact à la tête, une grande quantité de sang peut alors s’accumuler au cerveau et compromettre la circulation. Ce phénomène, nommé syndrome du second impact, est associé à un taux de mortalité de 50 %.

En plus des facteurs anatomiques et physiologiques, il existe des facteurs environnementaux. La température de l’air peut influencer la condition physique des joueurs. Par exemple, lorsqu’un match de soccer se déroule sous un soleil accablant, les capacités physiques peuvent être réduites et par le fait même, diminuer les forces musculaires. Les caractéristiques du ballon de soccer, telles que la pression, la masse et la circonférence peuvent également contribuer au risque de blessures. En effet, un ballon trop dur ou trop lourd peut augmenter l’accélération de la tête. C’est ce qui explique la réglementation de ses paramètres par la FIFA. La température peut aussi avoir une influence sur les ballons. En effet, il a été démontré que l’augmentation de la température de l’air engendre une vitesse de déplacement plus grande et une hauteur verticale plus importante, donc le ballon est plus près de la tête [14]. Des études se sont aussi penchées sur la question des différentes surfaces de jeu puisque le soccer se joue sur une surface dite naturelle (gazon) ou sur une surface artificielle (synthétique). Le terrain naturel peut s’abîmer plus rapidement et occasionner des impacts involontaires. Le terrain artificiel est, quant à lui, grandement critiqué pour son absorption de la chaleur comme en témoignent les résultats du tableau 1 [15].

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Il existe un autre facteur propre à tous les sports, celui de la compétition. Lors des entraînements, les joueurs ne veulent pas risquer de blesser leurs coéquipiers avec un contact physique par exemple. Ils sont alors plus prudents. Par contre, lors de matches de compétition, de tournois ou de séries éliminatoires, l’intensité de jeu augmente considérablement, tout comme le risque de blessures.

Conclusion

En résumé, les mécanismes les plus importants des commotions cérébrales sont les accélérations linéaires et angulaires de la tête. Ces accélérations sont engendrées par des impacts involontaires et des techniques de tête. Les facteurs de risques sont principalement anatomiques, physiologiques et environnementaux. Diverses études ont été réalisées en laboratoire, dans le but de déterminer les valeurs des accélérations de la tête des joueurs de soccer lors de situation de matches. Toutefois, pour réaliser ces études, certains facteurs ne sont pas pris en compte ou sont modifiés pour minimiser le risque de blessures. Par exemple, la vitesse de déplacement du ballon est généralement de 6 à 8 m/s en laboratoire, tandis qu’elle est de l’ordre de 18 m/s chez les joueurs du niveau secondaire [16]. Les mesures des accélérations de la tête des joueurs en temps réel sont restreintes principalement par les instruments de mesure. En effet, les accéléromètres utilisés pour la mesure des accélérations nécessitent l’usage de fils, ce qui limite les déplacements des joueurs.

Plusieurs technologies ont été développées au cours des dernières années telles que le bandeau SIM-G de la compagnie Triax Technologies (Connecticut, États-Unis), instrumenté d’un accéléromètre à trois axes (Figure 3). Cet instrument de mesure est actuellement utilisé dans un projet de recherche à l’École de technologie supérieure (ÉTS) ayant pour objectif principal d’identifier le risque de commotion cérébrale au soccer par l’entremise des intensités des accélérations de la tête des joueurs. La fréquence des accélérations pouvant mener à une commotion cérébrale est aussi étudiée. Ce projet est dirigé par les professeurs Éric Wagnac et Yvan Petit du département de génie mécanique de l’École de technologie supérieure, tous deux chercheurs au Laboratoire de recherche en imagerie et en orthopédie (LIO) et au Centre de recherche de l’Hôpital du Sacré-Cœur de Montréal (CRHSC).

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Figure 3 Bandeau instrumenté de la compagnie Triax Technologies

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Caroline Lecours

Profil de l'auteur(e)

Caroline Lecours est doctorante au Département de génie mécanique de l’ÉTS. L'objectif de son projet de doctorat est de déterminer la fréquence et le risque des commotions cérébrales lors de la pratique du soccer.

Programme : Génie mécanique 

Profil de l'auteur(e)

Éric Wagnac

Profil de l'auteur(e)

Éric Wagnac est professeur au département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses recherches portent sur la biomécanique, la conception par ordinateur, la simulation par éléments finis, les dispositifs de protection et les outils chirurgicaux.

Programme : Génie mécanique 

Laboratoires de recherche : LIO – Laboratoire de recherche en imagerie et orthopédie 

Profil de l'auteur(e)

Yvan Petit

Profil de l'auteur(e)

Yvan Petit est professeur au département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses intérêts de recherche portent sur la conception assistée par ordinateur, la biomécanique, les dispositifs médicaux et de protection et la fabrication additive.

Programme : Génie mécanique  Génie technologies de la santé 

Chaire de recherche : Chaire de recherche du Canada en génie pour l'innovation en traumatologie spinale 

Laboratoires de recherche : ÉREST – Équipe de recherche en sécurité du travail  LIO – Laboratoire de recherche en imagerie et orthopédie 

Profil de l'auteur(e)