GESTION DE L'IMPACT LORS DE LA POSE DU PIED :
RELATION AVEC LA FATIGUE ET LE RISQUE DE BLESSURES
Marlene Giandolini · Doct...
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Attaque talon (RF) vs. Attaque plat-avant pied (MFF)
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L’ULTRA-TRAIL | DOMMAGES ET BLESSURES
(Hoffman et Krishnan 2014)
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L’ULTRA-TRAIL | CRITÈRES DE PERFORMANCE
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Accélérations tibia
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DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | IDENTIFICATION DE LA POSE DE PIED
Accélérations talon et métatarses THM (Δt1-t...
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DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | FATIGUE ET POSE DE PIED
Le profil de pose de pied (RF ou MFF) n’est pas une va...
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Impact
Fatigue neuromusculaire
Stress musculo-tendineux
DESCENTE
Pose de pied
 L’attaque talon permet de réduire la
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‟Although we acknowledge that improving running economy may
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Giandolini Trail Impact _ Lab Seminar April 2015
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PhD Student Marlène Giandolini presented her work at the Faculty of Sport Science of Nice,
Field measurement of impact and foot strike pattern : case study on Kilian Jornet, and specific downhill study

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Giandolini Trail Impact _ Lab Seminar April 2015

  1. 1. GESTION DE L'IMPACT LORS DE LA POSE DU PIED : RELATION AVEC LA FATIGUE ET LE RISQUE DE BLESSURES Marlene Giandolini · Doctorante CIFRE Séminaire LAMHESS, Université de Nice Sofia-Antipolis | Nice, 23 avril 2015
  2. 2. CHARGE, CHOC ET VIBRATIONS EN COURSE À PIED | CARACTÉRISTIQUES 0 1 2 3 Forceverticalederéaction (enBodyWeight) Phase passive Phase active Force active Pic passif Choc Vibrations Taux de charge Au cours d’un marathon, un coureur subit environ 8 000 contacts pied/sol. Au cours d’un ultra-trail de 160 km, un coureur subit environ 320 000 contacts pied/sol. Force de compression
  3. 3. CHARGE, CHOC ET VIBRATIONS EN COURSE À PIED | CONSÉQUENCES -4 -2 0 2 4 6 8 Accélération(g) Tibia Sacrum Il existe une atténuation naturelle du choc et des vibrations par le système musculo-squelettiques afin de préserver les fonctions centrales (vision, fonction vestibulaire, etc.). Mécanismes naturels Disques intervertébraux Os sous-chondral Os (déformation) Heel pad Pronation Activation et pré- activation musculaire (Paul et al. 1978, Valiant 1989, Nigg 2001, Horisberger et al. 2013, Dickinson et al. 1985, Radin et al. 1973, Qin et al. 2014, Fischenich et al. 2014) … Mais pas assez pour se préserver de blessures dégénératives. Les chocs répétés peuvent induire des dégénérescences osseuses et articulaires (cartilage et ménisques) et conduire à certaines blessures osseuses (fractures de fatigue, arthrose). (Radin et al. 1973) Les vibrations pourraient accélérer la progression de lésions cartilagineuses. (Qin et al. 2014)
  4. 4. Pose de pied CHARGE, CHOC ET VIBRATIONS EN COURSE À PIED | CONSÉQUENCES -4 -2 0 2 4 6 8 Accélération(g) Tibia Sacrum Il existe une atténuation naturelle du choc et des vibrations par le système musculo-squelettiques afin de préserver les fonctions centrales (vision, fonction vestibulaire, etc.). (Paul et al. 1978, Valiant 1989, Nigg 2001, Horisberger et al. 2013, Dickinson et al. 1985, Radin et al. 1973, Qin et al. 2014, Fischenich et al. 2014) … Mais pas assez pour se préserver de blessures dégénératives. Amorti de la chaussure Interventions Flexion du genou Les chocs répétés peuvent induire des dégénérescences osseuses et articulaires (cartilage et ménisques) et conduire à certaines blessures osseuses (fractures de fatigue, arthrose). (Radin et al. 1973) Les vibrations pourraient accélérer la progression de lésions cartilagineuses. (Qin et al. 2014) Fréquence de foulée
  5. 5. TECHNIQUES DE POSE DE PIED | QUELLES TECHNIQUES ? 5 Effet de l’activité (i.e. distance et vitesse)… • 800-1500m RF : 27%, MF : 42%, FF : 31% (Hayes et Caplan 2012) • Semi-marathon RF : 75-89%, MF : 4-24%, FF : 1-2% (Hasegawa et al. 2007, Larson et al. 2011) • Marathon RF : 88-94%, MF : 3-5%, FF : 1% (Larson et al. 2011, Kasmer et al. 2013) RearFoot MidFoot ForeFoot
  6. 6. TECHNIQUES DE POSE DE PIED | DIFFÉRENCES CINÉMATIQUES Attaque talon (RF) vs. Attaque plat-avant pied (MFF) Fréquence de foulée RF < MFF Cheville au contact initial Dorsiflexion Flexion plantaire Genou au contact initial Extension Flexion Adduction de hanche RF > MFF Activation musculaire Extenseurs du genou : RF > MFF Fléchisseurs plantaires : RF < MFF Fléchisseurs dorsaux: RF > MFF (Davis 2005) (e.g. Davis et al. 2005, Shih et al. 2013, Giandolini et al. 2013, Kulmala et al. 2013, Yong et al. 2014)
  7. 7. TECHNIQUES DE POSE DE PIED | STRESS OSTEO-ARTICULAIRE • Taux de charge : RF > MFF (Lieberman et al. 2010, Altman et Davis 2010, Giandolini et al. 2013, Shih et al. 2013, Kulmala et al. 2013) 0 1 2 3 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Forcesverticales(xPoidsdecorps) Temps (s) MFF RF • Force de contact et pression à l’articulation femoro-patellaire : RF > MFF (Kulmala et al. 2013) Plus l’adduction de la hanche est importante pendant la phase de contact, plus la contrainte à l’articulation du genou est élevée. (Barton et al. 2012, McCarthy et al. 2014, Morgenroth et al. 2014) Plus l’activation des extenseurs du genou est importante, plus la force de compression appliquée à l’articulation est élevée. (Radin et al. 1973 , Sasaki et Neptune 2010, Leumann et al. 2013, Horisberger et al. 2013) • Charge appliquée aux métatarses : RF < MFF (Giuliani et al. 2011) • Pic d’accélération et contenu vibratoire axiaux au tibia : RF > MFF (Gruber et al. 2014)
  8. 8. TECHNIQUES DE POSE DE PIED | CONTRAINTES MUSCULO-TENDINEUSES • Force appliquée au tendon d’Achille : MFF > RF (Kulmala et al. 2013, Almonroeder et al. 2013)  Plus l’activation des fléchisseurs plantaires augmente, plus la force de traction exercée au tendon d’Achille est élevée. • Contrainte appliquée au périoste tibial : MFF > RF (Cibulka et al. 1994, Moen et al. 2009)  Plus l’activation des muscles postérieurs du tibia (soléaire, long fléchisseurs des orteils) augmente, plus la force de traction exercée au périoste est élevée.
  9. 9. 0 5 10 15 20 25 30 UTMB CCC TDS ENPOURCENTAGE(%) Causes principales d'abandon en 2008-2009 Causes musculaires Causes ostéo-articulaires Causes tendineuses Nausées Source : http://www.ultratrailmb.com/page/65/Coeur.html 168 km 9600m D+ 101 km 6100m D+ 119 km 7250m D+ L’ULTRA-TRAIL | DOMMAGES ET BLESSURES (Millet et al. 2012)
  10. 10. L’ULTRA-TRAIL | DOMMAGES ET BLESSURES (Hoffman et Krishnan 2014)
  11. 11. L’ULTRA-TRAIL | FATIGUE ET IMPACT Ajustements cinématiques compensatoires Hausse de la fréquence de foulée (Millet et al. 2009, Morin et al. 2011, Degache et al. 2013, Giandolini et al. 2013, Vernillo et al. 2015) Diminution du temps de vol (Morin et al. 2011, Vernillo et al. 2015) Tendance à s’orienter vers une pose de pied à plat (Giandolini et al. unpublished data) Fatigue musculaire Baisse des capacités d’atténuation du choc (Mizrahi et al. 1997, Verbitsky et al. 1998, Voloshin et al. 1998, Derrick et al. 2002, Clansey et al. 2012) Chocs répétitifs et intenses Hausse de la sensibilité face aux contraintes ostéo-articulaires et musculaires (Nicol et al. 1991, Millet et al. 2009, Morin et al. 2011, Degache et al. 2013, Giandolini et al. 2013)  Compenser la baisse de performance des propriétés contractiles musculaires induite par l’exercice ?  Maintenir un niveau de stress acceptable ?
  12. 12. L’ULTRA-TRAIL | LA DESCENTE 0 5 10 15 20 25 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Impact (g) Pente (%) Vertical Antéro-postérieur Résultant (Giandolini et al. 2015) (Gottshall et Kram 2005) En montée, important stress métabolique. En descente, important stress mécanique.
  13. 13. L’ULTRA-TRAIL | LA DESCENTE En montée, important stress métabolique. En descente, les contractions excentriques vont induire d’importants dommages à la fibre musculaire, Rupture des disques Z et bandes A (Féasson et al. 2002) …Détériorant ainsi la performance sur les sections de plat (ou montée ?) suivantes. Hausse du coût énergétique en course les 3 jours suivants une session de course en descente (Chen et al. 2007) … Des processus inflammatoires et altérations neuromusculaires sévères, Hausse de la décharge des afférences III/IV métabosensitives et méchanosensitives induisant une inhibition des afférences Ia et du pool de motoneurones (Gandevia 2001, Marqueste et al. 2004, Martin et al. 2009) Perte de force (Martin et al. 2005) Baisse de l’activation volontaire (Martin et al. 2005) Baisse de l’excitabilité sarcolemmale (Piitulainen et al. 2008, Piitulainen et al. 2010) Altération du couplage excitation-contraction (Martin et al. 2005) (Enoka 2002) En descente, important stress mécanique.
  14. 14. L’ULTRA-TRAIL | CRITÈRES DE PERFORMANCE Impact Fatigue neuromusculaire PERFORMANCE Stress musculo-tendineux II. Quelleinfluencedelatechniquedeposede piedsurlafatigueetl’impact? DESCENTE I.Importancedeladescentedansle développementdela fatigueneuromusculaire?
  15. 15. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | PROTOCOLE 23 hommes 39.8 ± 11.7 ans 4.8 ± 2.4 heures de course/semaine 1.76 ± 0.63 m 71.5 ± 9.63 kg
  16. 16. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | PROTOCOLE Pre-DTR* Evaluation des fonctions neuromusculaires centrale et périphériques Extenseurs du genou (KE)…. Fléchisseurs plantaires (PF)… *DTR : Downhill Trail Run DTR Descente (6.5 km, 1 264 m de dénivelé négatif, pente -16.8 ± 5.6%) Post-DTR Evaluation des fonctions neuromusculaires centrale et périphériques Post2d Evaluation des fonctions neuromusculaires centrale et périphériques Mesures en continu de… Activité électromyographique – 1000 Hz Vaste latéral (VL) Biceps femoris (BF) Gastrocnémien latéral (GL) Tibialis antérieur (TA) Accélérations 3D – 1344 Hz Tibia Sacrum Talon Métatarses
  17. 17. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | EVALUATION DE LA FATIGUE Stimulations électriques Force EMG agoniste 100Hz 100Hz 10Hz Tw Doublet surimposé Stimulations sur muscle relâché Db100 Tw Fatigue périphérique %AV Fatigue centrale Fatigue globale MVC (Gandevia 2001, Place 2010, Millet et al. 2011) Influx nerveux Transmission du potentiel d’action Amplitude de l’onde M Couplage excitation- contraction Performance des ponts actine-myosine
  18. 18. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | ACTIVITÉ EMG,DOMS ET FATIGUE RMS de l’activité EMG (VL, BF, GL, TA) RMSglobal – RMSburst En %RMSmax sur une tâche de contraction maximale Perception de douleurs musculaires et articulaires Pre, Post et Post2d Quadriceps – Ischios – Mollets – Releveurs Hanche – Genou – Cheville Indice de fatigue globale du membre inférieur Post et Post2d ∑Δ𝑀𝑉𝐶𝑠
  19. 19. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | QUANTIFICATION DE L’IMPACT Accélérations tibia Accélérations sacrum Composantes axiale, transversale et résultante Analyse temporelle Analyse fréquentielle Tibia Sacrum PSD(g²/Hz) Fréquence (Hz) Fréquence médiane 2-100 Hz (MDF) Pics d’accélération Atténuation 12-20 Hz
  20. 20. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | IDENTIFICATION DE LA POSE DE PIED Accélérations talon et métatarses THM (Δt1-t0) t0 t1 t1 t0 THMsd %RFS %MFS %FFS Talon Métatarses
  21. 21. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | DESCENTE ET FATIGUE Post -18.6 ± 9.51% (P < 0.0001) Post2d -8.52 ± 10.6% (P < 0.0001) Post -25.4 ± 13.4% (P < 0.0001) Post2d -10.0 ± 9.65% (P < 0.0001)
  22. 22. Post -16.1 ± 12.2% (P < 0.0001) DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | DESCENTE ET FATIGUE Post -35.1 ± 14.5% (P < 0.0001) Baisse de l’excitabilité sarcolemmale Dommages au sarcolemme du en partie au travail excentrique  Hausse de la perméabilité sarcolemmale  Gradient de concentration Na+/K+ anormale  Perturbation de la propagation du potentiel d’action (Gandevia 2001, Place 2010, Piitulainen et al. 2008, Piitulainen et al. 2010, Millet et al. 2011) Altération du couplage excitation-contraction  Faiblesse des récepteurs de la ryanodine ?  Baisse de la libération de Ca2+ par le réticulum sarcoplasmique ?  Baisse de la sensibilité des myofibrilles au Ca2+ ?
  23. 23. Post -16.1 ± 12.2% (P < 0.0001) DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | DESCENTE ET FATIGUE Post -35.1 ± 14.5% (P < 0.0001) Les extenseurs du genou sont plus enclins aux altérations de propagation du potentiel d’action et contractiles.  Contenu en fibres lentes inférieur pour les KE que les PF Les contractions excentriques endommageraient davantage les fibres rapides que les fibres lentes. (Tirrell et al. 2012, Brockett et al. 2009)  Longueur musculaire au contact initial supérieure pour les KE que pour les PF du fait d’une flexion du genou marquée Une importante longueur musculaire pre-contraction excentrique induit une hausse des contraintes à la fibre musculaire. (Butterfield et Herzog 2006)  Travail excentrique supérieur pour les KE que pour les PF (Buzcek et Cavanagh 1990)
  24. 24. Post -26.9 ± 12.7% (P < 0.0001) Post -21.6 ± 8.45% (P < 0.0001) DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | DESCENTE ET FATIGUE Post -42.9 ± 11.0% (P < 0.0001) Post -28.5 ± 8.67% (P < 0.0001) Baisse de la force produite par les ponts actine-myosine (Gandevia 2001, Place 2010, Millet et al. 2011)
  25. 25. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | DESCENTE ET FATIGUE Post -6.95 ± 7.43% (P < 0.001) Post -7.88 ± 6.51% (P < 0.0001) Post2d -3.80 ± 6.16% (P < 0.05) Déficit d’activation volontaire  Inhibition du pool de motoneurones Hausse de la fréquence de décharge des afférences métabo- et mécano-sensibles (afférences III/IV) en réponse aux augmentations des déchets métaboliques et produits inflammatoires. (Gandevia 2001, Marqueste et al. 2004, Martin et al. 2009)  Baisse de la décharge des fibres afférentes Ia Réduction de la raideur des fibres intrafusales due à la répétition de cycles étirement-détente. (Nicol et al. 1996, Avela et al. 1999a, Avela et al. 1999b)
  26. 26. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | DESCENTE ET FATIGUE -19 -24 -34 -35 -24-25 -29 -39 -26 -60 -40 -20 0 DTR Trail UTMB 2012 UTMB 2009 Tor des Géants Δ MVC Pre-Post (%) -16 -10 -5 -19 -17 -9 -3 -20 -20 -30 -20 -10 0 DTR Trail UTMB 2012 UTMB 2009 Tor des Géants Δ Amplitude Onde-M Pre-Post (%) NS NS -43 -8 -10 -22 -34 -29 -16 -20 -19 -60 -40 -20 0 DTR Trail UTMB 2012 UTMB 2009 Tor des Géants Δ Tw Pre-Post (%) -27 -9 -9 -12 -18 -22 -15 -20 -20 -30 -20 -10 0 DTR Trail UTMB 2012 UTMB 2009 Tor des Géants Δ Db100 Pre-Post (%) -7 -8 -22 -19 -22 -8 -14 -6 -29 -40 -20 0 DTR Trail UTMB 2012 UTMB 2009 Tor des Géants Δ VA Pre-Post (%) Millet et al. 2003 Temesi et al. 2014 Millet et al. 2011 Saugy et al. 2013 DTR Trail UTMB 2012 UTMB 2009 Tor des Géants Distance 6.5 km 30 km 110 km 166 km 330 km D+ 0 m 800 m 5 862 m 9 500 m 24 000 m D- 1 264 m 800 m 5 862 m 9 500 m 24 000 m -35 -3 -5 -10 -7 -5 -8 -40 -20 0 DTR Trail UTMB 2012 UTMB 2009 Tor des Géants Δ 10:100 Pre-Post (%) NS NS NS NS KE PF
  27. 27. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | FATIGUE ET POSE DE PIED -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 -20 -10 0 10 20 30 Δ(%) THM moyen (ms) Variation Pre-Post Tw PF Variation Pre-Post Db100 PF R = 0.395 R = 0.414 Les profils MFF démontrent une fatigue périphérique aux fléchisseurs plantaires à Post davantage marquée. Corrélation positive THM/ΔPre-PostTw (P = 0.039) Corrélation positive THM/ΔPre-PostDb100 (P = 0.029)  Hausse de l’activité du GL en adoptant des poses de pied MFF Corrélation négative THM/RMSburst-globalGL (P = 0.017) Les profils RF expriment des douleurs aux releveurs plus importantes. Corrélation positive THM/Douleurs releveurs Post (P < 0.05) Corrélation positive THM/Douleurs releveurs Post (P < 0.05)  Hausse de l’activité du TA en adoptant des poses de pied RF Corrélation positive THM/RMSburst-globalTA (P < 0.000)
  28. 28. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | FATIGUE ET POSE DE PIED -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 -20 -10 0 10 20 30 Δ(%) THM moyen (ms) Variation Pre-Post Db100 KE Variation Pre-Post2d Db100 KE R = 0.371 R = 0.459 Les profils MFF démontrent une fatigue périphérique aux extenseurs du genou à Post et Post2d davantage marquée. Corrélation positive THM/ΔPre-PostDb100 (P = 0.038) Corrélation positive THM/ΔPre-Post2dDb100 (P = 0.044) Corrélation positive THM/ΔPre-Post2dTw (P = 0.044) Or, baisse de l’activité du VL en adoptant des poses de pied MFF… Corrélation négative THM/RMSburst-globalVL (P < 0.000)  Augmentation des bras de levier du poids et de la force de réaction du sol Hausse du moment de force nécessaire pour contrôler la descente du centre de masse au moment du contact. Hausse de la flexion du genou au contact avec une pose de pied MFF (Shih et al. 2013)  Augmentation de la longueur initiale musculaire Une importante longueur musculaire pre-contraction excentrique induit une hausse des contraintes à la fibre musculaire. (Butterfield et Herzog 2006) 𝑃 𝑃 𝑅 𝑅
  29. 29. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | FATIGUE ET POSE DE PIED Le profil de pose de pied (RF ou MFF) n’est pas une variable corrélée à la fatigue globale. Corrélation positive THM/∑ΔMVCs Post (P = 0.066) Mais une haute variabilité de la pose de pied pendant la descente permet de réduire la fatigue musculaire globale au membre inférieur à Post et Post2d. Corrélation positive THM/∑ΔMVCs Post (P = 0.011) Corrélation positive THM/∑ΔMVCs Post2d (P = 0.008) -100 -80 -60 -40 -20 0 0 5 10 15 20 ∑ΔMVCsPost(%) THMSD (ms) R = 0.506 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 0 5 10 15 20 ∑ΔMVCsPost2d(%) THMSD (ms) R = 0.494 RFS < 33% 33% < RFS < 66% RFS > 66%
  30. 30. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | IMPACT ET POSE DE PIED -10 -5 0 5 10 15 20 Accélération axiale - Tibia Corrélation négative THM/PTAx (P = 0.003) -4 -2 0 2 4 6 8 Accélération transversale - Sacrum Corrélation positive THM/PSAy (P = 0.002) *RF MFF Corrélation positive THM/yMDFsacrum (P < 0.001) Corrélation négative THM/xMDFtibia (P < 0.001) Corrélation positive THM/yMDFtibia (P < 0.001) Adopter une pose de pied MFF augmente la sévérité du choc dans la direction axiale, Mais la réduit dans la direction transversale.
  31. 31. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | IMPACT ET POSE DE PIED -20 -15 -10 -5 0 5 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Atténuation(dB) THM (ms) Atténuation axiale Atténuation résultante R = 0.448 R = 0.386 Corrélation positive THM/Atténuation axiale (P < 0.001) Corrélation positive THM/Atténuation résultante (P < 0.001) Adopter une pose de pied MFF améliore l’atténuation des fréquences d’impact dans les directions axiale et résultante.
  32. 32. Impact Fatigue neuromusculaire Stress musculo-tendineux DESCENTE Pose de pied  L’attaque talon permet de réduire la fatigue périphérique aux extenseurs du genou et fléchisseurs plantaires.  Alterner de poses de pied permet de minimiser la fatigue globale du membre inférieur.  La pose de pied influence la répartition du choc entre les composantes axiale et transversale.  Un profil MFF permet d’améliorer l’atténuation du choc en descente.  Les phases de descente seraient considérablement impliquées dans le développement de la fatigue périphérique et centrale. DESCENTE, POSE DE PIED, IMPACT ET FATIGUE | CONCLUSIONS
  33. 33. ‟Although we acknowledge that improving running economy may help minimize damage through reduction in oxidative stress, mechanical damage likely plays a major role.” Millet G.Y. and collaborators (2012) Merci de votre attention. Marlene Giandolini · PhD student Laboratoire de Physiologie de l’Exercice Université Savoie Mont Blanc Ԑԏ Amer Sports Footwear Salomon SAS

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