Conférence inaugurale Jacques Duysens

1. Le chat dans l’homme
De la recherche fondamentale en neuroscience à
ces applications dans la rééducation de la marche
Jacques DUYSENS et Firas MASSAAD,
KU-Leuven et SMK-RDE, Nijmegen

2. La locomotion est basée sur la fonction
de CPG spinaux et les afférences sensorielles
Quand la locomotion est plus compliquée,
les zones corticales prennent le relais
Le pied est l’interface principale avec le
sol pendant la marche

3. La locomotion est basée sur la fonction
de CPG spinaux et les afférences sensorielles
Quand la locomotion est plus compliquée,
les zones corticales prennent le relais
Le pied est l’interface principale avec le
sol pendant la marche

4. On a tendance à croire En vérité, la locomotion
que la locomotion se fait est réglée comme dans
par le cerveau beaucoup d’autres animaux

5. la moelle épinière
Ce qui manque dans l’ image….

6. Graham Brown, 1911

7. EMG
pre
post

8. Générateurs Centraux de Rythme
(Central Pattern Generator, CPG)
-
F E
-
Un oscillateur avec deux moitié-centres
(G.Brown)

9. Pendant la marche, les afférences sensorielles
adaptent et modifient la locomotion en fonction du
milieu externe
- +
F E
-
charge
Les organes neuro-tendineux de Golgi (OTG),
avec les fibres afférentes Ib sont spécifiquement
sensibles à la tension du tendon.

10. Les récepteurs sensibles à la tension du tendon
se retrouvent partout
Par example:l ’écrevisse
(Clarac, 1984)
le chat
(Duysens , Clarac and Cruse, 2000)
Et.....
l’humain
PROCHAZKA, 1996

12. Les CPGs sont probablement aussi présents
dans la moelle épinière de l’homme
- +
F E
-
charge
Chez le nouveau-né, on peut évoquer la marche
(décharge du poids du corps)

13. Une lésion accidentelle du système nerveux central au niveau de
la 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

14. 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

15. Cet entraînement de la marche ( treadmill training )
chez les patients avec des lésions spinales a des effets
positifs même plusieurs années après la lésion
1
Vitesse Max. l(km/h)
0.5
0
0 3 6 9 12 15 18
50
Support
25
(% poids du corps)
0
3 6 9 12 15 18
Nombre de sessions

16. L’EMG est plus large pendant la marche
que pendant l 'effort volontaire maximal
BF left
During Max Voluntary Contraction
400
0
EMG (10exp-6 V)
-400
During walking
400
0
-400

17. Les BRAS:
pas de mouvement?
chez le chat, il est possible
d'induire la locomotion des pattes
arrières par les mouvements des
membres antérieurs

18. Chez l'homme il existe probablement aussi des
générateurs de patrons spinaux pour les bras
(Zehr et Duysens, 2004)

19. durant l’entraînement sur tapis roulant il serait
important d’ajouter les mouvements naturels des bras
Behrman & Harkema , 2000

20. Est-il possible d’améliorer la locomotion des jambes
en ajoutant les mouvements accompagnant des bras?
B A
De Kam et al, en prep.

21. controle conditie 1iTA
0.5
BRAS + 0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
iMG
BRAS -
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.

22. Mouvements des bras:
autre avantage: réduction de la spasticité?
L'hyper-excitation réflexe
à l'origine de la spasticité
M-wave H-REFLEX
Exagération du réflexe H

23. Dans des adultes normaux:
réduction du réflexe H par mouvements des bras
A High pitch
1 Hz
Right Soleus
Low pitch
EMG feedback
10% MVC
Stimulus 1 ms
Right Tibial nerve
B 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

24. La locomotion est basée sur la fonction
de CPG spinaux et les afférences sensorielles
Quand la locomotion est plus compliquée,
les zones corticales prennent le relais
Le pied est l’interface principale avec le
sol pendant la marche

25. ou
MLR
CPG
MN MN
Pas automatisé Automatisé

26. Dans la vie quotidienne la marche est souvent entravée à cause de
certaines irrégularités du terrain ou d’autres perturbations.

27. DOUBLE TÂCHE
“HAUT” AU SON HAUT
“HAUT” AU SON BAS
“BAS” AU SON BAS
“BAS” AU SON HAUT

28. DOUBLE TÂCHE (DT): AUGMENTATION DE VARIABILITE
(à l'étape 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)

29. BOITER: très commun en cas de pathologie
(par exemple, hémiplégie).
QUESTION:
En boitant le couplage entre les jambes est-il automatisé?

30. 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

31. % PHASE D’APPUI DURANT UN CYCLE
Single task
Dual task
A
80
* * *
70
60
50
40
L2 R2 L2 R4 L2 R6

32. % PHASE D’APPUI DURANT UN CYCLE
Single task
Dual task
A
80
* * *
70
60
50
40
L2 R2 L2 R4 L2 R6

33. % PHASE D’APPUI DURANT UN CYCLE
Single task
Dual task
A
80
* * *
70
60
50
40
L2 R2 L2 R4 L2 R6
CONCLUSION: BOITER DEMANDE DES RESSOURCES
CORTICALES ADDITIONNELLES MEME CHEZ LES JEUNES
“NORMAUX”

34. Dans la vie quotidienne la marche est souvent entravée à cause de
certaines irrégularités du terrain ou d’autres perturbations.
Les obstacles

36. Lorsque l'obstacle est tombé juste avant l'atterrissage
du pied il y a peu de temps pour réagir et les échecs
dans l'évitement d'obstacles peuvent se produire
temps pour réagir
Available response time
atterrissage
Normal landing time
l'obstacle tombe Moment of obstacle presentation

37. 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

38. La « double tâche » présente un risque pour les personnes âgées
surtout quand il y a peu de temps pour réagir (MSW=mid swing)
Hegeman et al., 2011

39. Effect de l’ alcool ? (Hegeman et al. 2010)
% failures
*
ON PEUT CONDUIRE UNE VOITURE MAIS……

40. La locomotion est basée sur la fonction
de CPG spinaux et les afférences sensorielles
Quand la locomotion est plus compliquée,
les zones corticales prennent le relais
Le pied est l’interface principale avec le
sol pendant la marche

41. l’homme
Marey, Étienne-Jules

42. Descartes: réflexe de flexion

43. Mais pendant la marche le réflexe de flexion est dangereux
pendant la phase d'appui !
Stimulation électrique
de la patte

44. Pendant la marche les fibres cutanées de la patte facilitent
l'activité des motoneurones extenseurs pendant la phase
d'appui
Stimulation électrique
de la patte
(Duysens et Pearson, 1976)

45. Un réglage de l’amplitude des réponses réflexes qui peuvent ainsi
varier tout au long du cycle locomoteur chez le chat (« phase
dépendant » (DiCaprio et Clarac, 1981; Forssberg et autres., 1977).
les réflexes demandent un réglage permanent
des centres neuronaux.

46. Marseille:
Jacques PAILLARD
Maurice Hugon
l’étude des effets d’une stimulation électrique des
afférences cutanées du n. sural

47. méthode introduite par M. Hugon (1972)

48. le jambier antérieur
début de la
phase oscillante la fin de la
phase oscillante

49. le jambier antérieur
début de la phase oscillante:
la flexion dorsale du pied

50. le jambier antérieur
la fin de la phase oscillante:
ralentir la flexion plantaire

52. stimulation du sural au début
de la phase oscillante
le jambier antérieur
Duysens et al., 1990 and Van Wezel et al. J.Neurosc. 17 (10), 3804-3814 (1997),

53. stimulation du sural
à la fin de la phase oscillante
le jambier antérieur (Tibialis Anterior)

54. Des inversions des réflexes dépendant
de la phase de la marche
SURAL
Duysens et al., 1990 and Van Wezel et al. J.Neurosc. 17 (10), 3804-3814 (1997),

55. Inversion phase-dépendante du réflexe
1976 1990

56. les réflexes proprioceptives
Soléaire réflexe d'étirement

57. Les fuseaux neuromusculaires: des mécanorécepteurs
sensibles aux variations de la longueur du muscle

58. Activation du triceps par des réflexes
pendant la marche?

59. Soléaire est actif en phase d'appui (dorsiflexion)
et activé par réflexe d'étirement

60. Soléaire n’est pas actif dans la phase d'oscillation
mais est étirée (fuseaux) … un conflit!

62. Conclusion: Les réflexes demandent un réglage
permanent des centres neuronaux
CNS
MN
MUSCLE
SKIN

63. Ce réglage permanent des centres neuronaux est-il présent…
en boitant?
Massaad et al.

64. 4R4L
4R1L
Backward: FAST LEG (4R= 4km/h)
Réflexe H
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
4R4L
4R1L
EMG Soléaire
(l'excitabilité des motoneurones)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
4R4L
4R1L
EMG Jambier Ant.

65. 4R4L
4R1L
Backward: FAST LEG (4R= 4km/h)
Réflexe H
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
4R4L
4R1L
EMG Soléaire
(l'excitabilité des motoneurones)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
4R4L
4R1L
EMG Jambier Ant.

66. 4R4L
4R1L
Backward: FAST LEG (4R= 4km/h)
Réflexe H
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
4R4L
4R1L
EMG Soléaire
(l'excitabilité 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)

67. Retour à la rééducation de la marche…
l’entraînement sur tapis roulant peut-il
normaliser la modulation des réflexes pendant
la marche?

68. 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

69. CONCLUSIONS (dia de lundi)
Puisque la locomotion est basée sur la fonction
de CPG spinaux, leur interconnections et leurs afférences
sensorielles, il est utile d’entraîner jambes et bras dans
des conditions qui ressemblent la locomotion normale
En plus il est recommandé d’ajouter des conditions de
marche plus compliquées (double tâche, obstacles) afin
d’entrainer aussi les centres corticaux concernés.
Pour tester le retour à la normalité il est possible de tester
le retour d’un contrôle normal de la modulation des
réflexes pendant la marche
Il reste important d’étudier les mécanismes de la marche
chez les animaux puisque ceci pourrait être une source d’
inspiration qui est utile pour l’étude de la marche humaine.

70. 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