Effets cardiorespiratoires de l'utilisation d’exosquelettes d’assistance du dos pendant une tâche répétitive de manutention

CONTEXTE : Les troubles musculo squelettiques demeurent une problématique importante dans de nombreuses entreprises. Par exemple, les tâches de manutention manuelle peuvent induire des contraintes biomécaniques au niveau du dos et être associées à l’apparition de lombalgies. De nouvelles technologies, telles que les exosquelettes d’assistance du dos, sont alors apparus comme une solution complémentaire pour réduire ces contraintes. L’assistance peut être fourni par le principe de restitution d’énergie, via des ressorts ou des textiles élastiques dans le cas des technologies dites « passives » ou à l’aide de moteur, dans le cas des exosquelettes robotisés, ou actifs. Ces systèmes procurent une assistance au mouvement, lors du redressement du tronc. De précédentes études ont montré que les exosquelettes d’assistance du dos pouvaient ainsi réduire significativement l’effort des muscles lombaires. Par exemple, Kermavnar et al. (2021) ont relevé des diminutions allant jusqu’à 48% de l’activité des muscles érecteurs spinaux lors d’un port de charge avec un système passif, et jusqu’à 35 % avec des systèmes actifs. Cependant, malgré les bénéfices démontrés de ces systèmes en terme de réduction des sollicitations musculaires, leurs conséquences sur le coût métabolique du travail et les réponses cardiorespiratoires restent peu étudiées. Baltrusch et al. (2019), ont observé, lors d’une tâche de manutention de 5min, une diminution de 17% du coût métabolique, alors qu’Alemi et al. (2020) ont mesuré des diminutions de la dépense énergétique comprises entre 4 et 13% selon la tâche réalisée. Ces études, focalisées sur des exosquelettes passifs, semblent démontrer un apport au niveau des paramètres métaboliques. Néanmoins, les effets de ces systèmes peuvent être influencés par de nombreux facteurs tels que les caractéristiques de la tâche (dynamique vs. statique, charges soulevées…) ou les caractéristiques de conception de l’exosquelette, notamment compte tenu de sa masse, de ses potentiels impacts la cinématique naturelle du mouvement, et des systèmes d’assistances utilisé (actif vs. passif).
OBJECTIF : L’objectif était d’évaluer les réponses cardiorespiratoires et métaboliques liées à l’utilisation d’ exosquelettes d’assistance du dos actifs et passifs lors d’une tâche répétée de manutention manuelle. METHODOLOGIE 14 femmes et 13 hommes ont réalisé une tâche de manutention impliquant une flexion/extension complète du tronc dans le plan sagittal. Cette tâche a été réalisée à cadence contrôlée, pendant 5min, avec une charge de 10kg et selon différentes conditions d’assistances : avec un exosquelette passif (DAP), deux exosquelettes actifs (RAP1 et RAP2), ainsi que sans exosquelette (contrôle). La consommation d’oxygène et la fréquence cardiaque ont été mesurées en continue pendant la tâche. RESULTATS / DISCUSSION La consommation d’oxygène liée à la tâche a été diminuée lors de l’utilisation de chaque exosquelette (RAP1, RAP2 et DAP) au regard de la condition contrôle. La coût cardiaque a également été réduit par rapport à la condition contrôle mais seulement avec l’un des exosquelettes actifs (RAP1). Ces données, qui confortent les précédentes études, suggèrent que les exosquelettes d’assistance du dos permettraient de diminuer les astreintes énergétiques lors d’une tâche répétée de manutention manuelle. Cependant, les gains énergétiques semblent dépendant des caractéristiques de l’exosquelettes, la consommation d’oxygène ayant été diminuée de manière plus importante lors de l’utilisation d’un des exosquelettes (RAP1) comparé aux 2 autres (RAP2 et DAP). Cette différence entre exosquelettes peut être liée à plusieurs facteurs : le poids du système, les points d’applications de l’assistance, mais aussi la technologie utilisée (passif vs. actif).
CONCLUSION : Les exosquelettes d’assistance du dos semblent donc réduire les contraintes cardiorespiratoires et métaboliques associées à une tâche répétée de manutention manuelle. Les bénéfices de ces systèmes dépendent toutefois de leur conception, et notamment de la technologie de production du couple d’assistance.