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Conférence inaugurale Jacques Duysens

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Duysens jfk2011 Duysens jfk2011 Presentation Transcript

  • Le chat dans l’hommeDe la recherche fondamentale en neuroscience àces applications dans la rééducation de la marche Jacques DUYSENS et Firas MASSAAD, KU-Leuven et SMK-RDE, Nijmegen
  • La locomotion est basée sur la fonctionde CPG spinaux et les afférences sensoriellesQuand la locomotion est plus compliquée,les zones corticales prennent le relaisLe pied est l’interface principale avec lesol pendant la marche
  • La locomotion est basée sur la fonctionde CPG spinaux et les afférences sensoriellesQuand la locomotion est plus compliquée,les zones corticales prennent le relaisLe pied est l’interface principale avec lesol pendant la marche
  • On a tendance à croire En vérité, la locomotionque la locomotion se fait est réglée comme danspar le cerveau beaucoup d’autres animaux
  • la moelle épinièreCe qui manque dans l’ image….
  • Graham Brown, 1911
  • EMG pre post
  • Générateurs Centraux de Rythme(Central Pattern Generator, CPG) - F E -Un oscillateur avec deux moitié-centres (G.Brown)
  • Pendant la marche, les afférences sensoriellesadaptent et modifient la locomotion en fonction dumilieu externe - + F E - charge Les organes neuro-tendineux de Golgi (OTG), avec les fibres afférentes Ib sont spécifiquement sensibles à la tension du tendon.
  • Les récepteurs sensibles à la tension du tendonse retrouvent partout Par example:l ’écrevisse (Clarac, 1984) le chat (Duysens , Clarac and Cruse, 2000) Et..... l’humain PROCHAZKA, 1996
  • Les CPGs sont probablement aussi présentsdans la moelle épinière de l’homme - + F E - charge Chez le nouveau-né, on peut évoquer la marche (décharge du poids du corps)
  • Une lésion accidentelle du système nerveux central au niveau dela moelle fait disparaitre le contrôle de la marche Il est possible de regagner une partie du contrôle de la marche pourvu qu’on contrôle le poids et les afférences
  • Il est possible de regagner une partie du contrôle de la marche entrainement de la marche -avec tapis roulant -avec décharge du poids du corps
  • Cet entraînement de la marche ( treadmill training ) chez les patients avec des lésions spinales a des effets positifs même plusieurs années après la lésion 1Vitesse Max. l(km/h) 0.5 0 0 3 6 9 12 15 18 50Support 25(% poids du corps) 0 3 6 9 12 15 18 Nombre de sessions
  • L’EMG est plus large pendant la marche que pendant l effort volontaire maximal BF left During Max Voluntary Contraction 400 0EMG (10exp-6 V) -400 During walking 400 0 -400
  • Les BRAS: pas de mouvement?chez le chat, il est possibledinduire la locomotion des pattesarrières par les mouvements desmembres antérieurs
  • Chez lhomme il existe probablement aussi desgénérateurs de patrons spinaux pour les bras (Zehr et Duysens, 2004)
  • durant l’entraînement sur tapis roulant il seraitimportant d’ajouter les mouvements naturels des bras Behrman & Harkema , 2000
  • Est-il possible d’améliorer la locomotion des jambes en ajoutant les mouvements accompagnant des bras?B A De Kam et al, en prep.
  • controle conditie 1iTA 0.5BRAS + 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 iMGBRAS - m u s c le a c tiv ity (m V ) 0.4 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 iSO 0.5 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 iVL 1 0.5 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 iBF 0.5 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 time (s)De Kam et al., in prep.
  • Mouvements des bras:autre avantage: réduction de la spasticité? Lhyper-excitation réflexe à lorigine de la spasticité M-wave H-REFLEX Exagération du réflexe H
  • Dans des adultes normaux: réduction du réflexe H par mouvements des brasA High pitch 1 Hz Right Soleus Low pitch EMG feedback 10% MVC Stimulus 1 ms Right Tibial nerveB Size H-Reflex Contralateral Flexion/Extension Ipsilateral Flexion/Extension Trunk Rotation Control High pitch 1 mv High pitch High pitch Anti-phase In-phase Stepping Flexion/Extension Flexion/Extension in place 5 ms Size H-Reflex High pitch High pitch Trunk rotation High pitch Massaad et al., 2009
  • La locomotion est basée sur la fonctionde CPG spinaux et les afférences sensoriellesQuand la locomotion est plus compliquée,les zones corticales prennent le relaisLe pied est l’interface principale avec lesol pendant la marche
  • ou MLR CPG MN MNPas automatisé Automatisé
  • Dans la vie quotidienne la marche est souvent entravée à cause decertaines irrégularités du terrain ou d’autres perturbations.
  • DOUBLE TÂCHE “HAUT” AU SON HAUT “HAUT” AU SON BAS “BAS” AU SON BAS “BAS” AU SON HAUT
  • DOUBLE TÂCHE (DT): AUGMENTATION DE VARIABILITE (à létape du cycle) CHEZ LES PATIENTS 8 8 *Coefficient of variation * of stride time (%) ** * * 4 * 4 * 0 0 N DT VR 125% 150% N DT VR 125% 150% Patients Controls EST-CE DU A LA BOITERIE OU A LA PATHOLOGIE? Bodde et al. (2003)
  • BOITER: très commun en cas de pathologie(par exemple, hémiplégie).QUESTION:En boitant le couplage entre les jambes est-il automatisé?
  • METHODE: FAIRE BOITER DES JEUNES PERSONNES-marcher sur un tapis roulant (double vitesse; “split-belt”) avec marche symétrique (2:2 km / h)et asymétrique (2:4 km /h 2:6 km / h)-à la fois avec et sans une double tâche McFadyen BJ, Hegeman J, Duysens J., 2009
  • % PHASE D’APPUI DURANT UN CYCLE Single task Dual task A80 * * *70605040 L2 R2 L2 R4 L2 R6
  • % PHASE D’APPUI DURANT UN CYCLE Single task Dual task A80 * * *70605040 L2 R2 L2 R4 L2 R6
  • % PHASE D’APPUI DURANT UN CYCLE Single task Dual task A 80 * * * 70 60 50 40 L2 R2 L2 R4 L2 R6CONCLUSION: BOITER DEMANDE DES RESSOURCESCORTICALES ADDITIONNELLES MEME CHEZ LES JEUNES“NORMAUX”
  • Dans la vie quotidienne la marche est souvent entravée à cause decertaines irrégularités du terrain ou d’autres perturbations. Les obstacles
  • Lorsque lobstacle est tombé juste avant latterrissagedu pied il y a peu de temps pour réagir et les échecsdans lévitement dobstacles peuvent se produire temps pour réagir Available response time atterrissage Normal landing time lobstacle tombe Moment of obstacle presentation
  • Le nombre d’échecs augmente avec l âge 70 60% failures 50 40 30 20 10 Weerdesteyn et al, 2005 0 25 y 60-65 y 65-70 y 70-75 y 61 y 61 y +RA 61 y 61 y +ALC AGE 25 y 60-65 65-70 70-75 61 61+RA 61 61+ALC
  • La « double tâche » présente un risque pour les personnes âgéessurtout quand il y a peu de temps pour réagir (MSW=mid swing) Hegeman et al., 2011
  • Effect de l’ alcool ? (Hegeman et al. 2010)% failures * ON PEUT CONDUIRE UNE VOITURE MAIS……
  • La locomotion est basée sur la fonctionde CPG spinaux et les afférences sensoriellesQuand la locomotion est plus compliquée,les zones corticales prennent le relaisLe pied est l’interface principale avec lesol pendant la marche
  • l’hommeMarey, Étienne-Jules
  • Descartes: réflexe de flexion
  • Mais pendant la marche le réflexe de flexion est dangereuxpendant la phase dappui ! Stimulation électrique de la patte
  • Pendant la marche les fibres cutanées de la patte facilitent lactivité des motoneurones extenseurs pendant la phase dappui Stimulation électrique de la patte(Duysens et Pearson, 1976)
  • Un réglage de l’amplitude des réponses réflexes qui peuvent ainsivarier tout au long du cycle locomoteur chez le chat (« phasedépendant » (DiCaprio et Clarac, 1981; Forssberg et autres., 1977).les réflexes demandent un réglage permanent des centres neuronaux.
  • Marseille: Jacques PAILLARD Maurice Hugonl’étude des effets d’une stimulation électrique desafférences cutanées du n. sural
  • méthode introduite par M. Hugon (1972)
  • le jambier antérieurdébut de laphase oscillante la fin de la phase oscillante
  • le jambier antérieurdébut de la phase oscillante: la flexion dorsale du pied
  • le jambier antérieur la fin de la phase oscillante: ralentir la flexion plantaire
  • stimulation du sural au début de la phase oscillantele jambier antérieur Duysens et al., 1990 and Van Wezel et al. J.Neurosc. 17 (10), 3804-3814 (1997),
  • stimulation du sural à la fin de la phase oscillantele jambier antérieur (Tibialis Anterior)
  • Des inversions des réflexes dépendantde la phase de la marche SURAL Duysens et al., 1990 and Van Wezel et al. J.Neurosc. 17 (10), 3804-3814 (1997),
  • Inversion phase-dépendante du réflexe 1976 1990
  • les réflexes proprioceptivesSoléaire réflexe détirement
  • Les fuseaux neuromusculaires: des mécanorécepteurs sensibles aux variations de la longueur du muscle
  • Activation du triceps par des réflexes pendant la marche?
  • Soléaire est actif en phase dappui (dorsiflexion)et activé par réflexe détirement
  • Soléaire n’est pas actif dans la phase doscillationmais est étirée (fuseaux) … un conflit!
  • Conclusion: Les réflexes demandent un réglagepermanent des centres neuronaux CNS MN MUSCLE SKIN
  • Ce réglage permanent des centres neuronaux est-il présent… en boitant? Massaad et al.
  • 4R4L 4R1L Backward: FAST LEG (4R= 4km/h) Réflexe H1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 4R4L 4R1L EMG Soléaire (lexcitabilité des motoneurones)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 4R4L 4R1L EMG Jambier Ant.
  • 4R4L 4R1L Backward: FAST LEG (4R= 4km/h) Réflexe H1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 4R4L 4R1L EMG Soléaire (lexcitabilité des motoneurones)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 4R4L 4R1L EMG Jambier Ant.
  • 4R4L 4R1L Backward: FAST LEG (4R= 4km/h) Réflexe H1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 4R4L 4R1L EMG Soléaire (lexcitabilité des motoneurones)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 4R4L 4R1L EMG Jambier Ant. (l’inhibition réciproque)
  • Retour à la rééducation de la marche…l’entraînement sur tapis roulant peut-ilnormaliser la modulation des réflexes pendantla marche?
  • Chez les enfants hémiplégiques une restauration de la marche après entraînement sur tapis roulant s’effectue en parallèle avec la modulation des réflexes H pendant la marche Hodapp, M. et al. 2009
  • CONCLUSIONS (dia de lundi)Puisque la locomotion est basée sur la fonctionde CPG spinaux, leur interconnections et leurs afférencessensorielles, il est utile d’entraîner jambes et bras dansdes conditions qui ressemblent la locomotion normaleEn plus il est recommandé d’ajouter des conditions demarche plus compliquées (double tâche, obstacles) afind’entrainer aussi les centres corticaux concernés.Pour tester le retour à la normalité il est possible de testerle retour d’un contrôle normal de la modulation desréflexes pendant la marcheIl reste important d’étudier les mécanismes de la marchechez les animaux puisque ceci pourrait être une source d’inspiration qui est utile pour l’étude de la marche humaine.
  • MERCI Vivian Weerdesteyn Brenda Groen Bart Nienhuis Cheriel Hofstad Roos van Swigchem Judith Hegeman Janneke Schimmel Digna de Kam Wim van Lankveld Marleen van der Linden Noel Keijsers Ellen Smulders Niki Stolwijk Hennie Rijken Ana Queralt Anke Snijders Arnaud Delval Brad Mc Fadyen Ieke Schillings Henk Nieuwenhuijzen Roland Loefen Firas Massaad Pieter Meijns