Contribution of individual musculo-tendon forces to the axial compression force of the femur during normal gait^⋆

Contribution des forces musculo-tendineuses individuelles à la force de compression axiale du fémur pendant la marche

¹ CNRFR – Rehazenter, Laboratoire d’Analyse du Mouvement et de la Posture, 1 rue André Vésale, L-2674 Luxembourg, Luxembourg
² Université de Lyon, F-69622, Lyon, France
³ Université Claude Bernard Lyon 1, Villeurbanne, France
⁴ IFSTTAR, UMR_T9406, LBMC Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs, F-69675, Bron, France

Received: 6 March 2015
Accepted: 30 September 2015

Abstract

Recent musculoskeletal models allow the investigation of the contribution of individual musculo-tendon forces to the locomotion dynamics. However, most of the studies are based on a forward dynamics with a high computational cost and have principally investigated the contribution to the ground reaction forces and the centre of mass acceleration. The aim of this study was to apply a pseudo-inverse method to a musculoskeletal model that includes the contact, ligament and bone forces. The results replicated well the literature for the contributions of individual musculo-tendon forces to both the vertical ground reaction force and the total tibiofemoral contact force, and provide new insights for the axial compression force of the femur during normal gait.

Résumé

Les modèles musculo-squelettiques récents permettent d’estimer la contribution des forces musculo-tendineuses à la dynamique de locomotion. Cependant, la plupart des études utilisent une formulation en dynamique directe avec des temps de calculs importants et se focalisent principalement sur la contribution aux forces de réaction au sol ou à l’accélération du centre de masse. L’objectif de cette étude était d’appliquer une méthode basée sur une pseudo-inverse à un modèle musculo-squelettique incluant les forces articulaires, ligamentaires et osseuses. Les résultats reproduisent bien la littérature pour la contribution des forces musculo-tendineuses à la force de réaction au sol et à la force de contact tibiofémorale et donnent un nouvel éclairage pour la force de compression du fémur pendant la marche.