Study of changes in the control of whole-body angular momentum in the elderly during stepping
Étude des modifications du contrôle du moment cinétique chez la personne âgée lors de l'exécution du pas
Résumé
In order to understand the etiology of falls in the elderly, studies in the field of biomechanics have mainly focused on assessing balance abilities, relying on the analysis of linear body movements. However, maintaining balance during our various motor tasks requires both appropriate control of linear movements and angular (rotational) movements of body segments. Thus, this doctoral work aims to identify and understand changes in the control of angular body movements in old adults through the study of whole-body angular momentum, which is recognized as a mechanical parameter highly controlled by the central nervous system to maintain balance. Our studies reveal that during the volitional stepping task, old adults exhibit an alteration in the control of the whole-body angular momentum. Overall, our results show that old adults have a higher range of whole-body angular momentum than their younger counterparts – particularly in the sagittal plane – and this is exacerbated with the increase in progression velocity. Furthermore, our results highlight that this age-related changes in the control of whole-body angular momentum is directly ascribed to changes in segmental angular momenta, with old adults having higher trunk and lower limb angular momenta than young adults. Finally, we observed a relationship between the range of whole-body angular momentum during the stepping task and measurements of muscle strength and balance in young and old adults. These results suggest that age-related changes in the control of whole-body angular momentum, which may impose greater challenge for balance control and potentially a greater risk of fallingduring the volitional stepping task in old adults, can be partially attributed to the decline in lower limb muscle strength and the impairment of other systems involved in balance control with aging. Together, our results contribute to a better understanding of the mechanisms underlying impaired balance control in old adults and provide a basis for future studies to reduce the incidence of falls in this population.
Pour comprendre l’étiologie des chutes chez la personne âgée, les études menées dans le domaine de la biomécanique se sont principalement attachées à évaluer les capacités d’équilibre en s’appuyant sur l’analyse des mouvements linéaires du corps. Cependant, le maintien de l’équilibre au cours de nos différentes tâches motrices nécessite à la fois un contrôle approprié des mouvements linéaires et des mouvements angulaires (de rotation) des segments corporels. Ainsi, ce travail doctoral vise à identifier et comprendre les modifications du contrôle des mouvements angulaires du corps chez les personnes âgées à travers l’étude du moment cinétique du corps, qui est reconnu comme étant un paramètre mécanique hautement contrôlé par le système nerveux central pour le maintien de l’équilibre. Nos études mettent en évidence qu’au cours de la tâche d’exécution du pas volontaire, les personnes âgées présentent une modification dans le contrôle du moment cinétique du corps. Globalement, nos résultats montrent que les personnes âgées ont une amplitude du moment cinétique du corps plus importante que des individus jeunes - en particulier dans le plan sagittal -, et que cela est exacerbé avec l’augmentation de la vitesse d’exécution du mouvement (ou de progression). En outre, nos résultats mettent en exergue que cette modification dans le contrôle du moment cinétique du corps avec l’âge est directement imputée aux changements au niveau des moments cinétiques segmentaires, avec les personnes âgées présentant des moments cinétiques du tronc et des membres inférieurs plus élevés que les adultes jeunes. Pour finir, nous avons observé une relation entre l’amplitude du moment cinétique du corps au cours de la tâche d’exécution du pas volontaire et des mesures de force musculaire et d’équilibre chez des participants jeunes et âgés. Ces résultats suggèrent que les modifications dans le contrôle du moment cinétique du corps avec l’âge, qui pourraient imposer une plus grande difficulté pour le contrôle de l’équilibre et potentiellement un plus grand risque de chute lors de la tâche d’exécution du pas volontaire chez la personne âgée, peuvent être en partie attribuées à la perte de force musculaire des membres inférieurs et à la détérioration des autres systèmes impliqués dans le contrôle de l’équilibre avec le vieillissement. Ensemble, nos travaux concourent à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents l’altération du contrôle de l’équilibre chez la personne âgée et offrent une base à de futures études visant à réduire l’incidence des chutes au sein de cette même population.