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G. Rode

RECUPERATION ET PLASTICITE APRES DEFICIENCE MOTRICED’ORIGINE CEREBRALE

HAUTEVILLE

Jeudi 24 janvier 2008

CONTEXTE GENERAL

Chaque année en France, 140 000 personnes sont victimes d’un AVC

3ème cause de décès

8ème affection en terme de perte d’espérance de vie

Première cause de handicap, plus de 50% des patients conservent des déficiences neurologiques sévères, le plus souvent motrices

80% des cas persistance d’un déficit de la préhension

Duncan et al., Stroke 1992, 23: 1084-1089

INTRINSEQUE

CLINIQUE

SOCIAL

FONCTION

AVC

HEMIPLEGIE

INCAPACITE

HANDICAP

D ’après le modèle de Wood(1973). O.M.S. Classification internationale des déficiences, Incapacités et handicaps, CTNERHI INSERM 1988.

Niveau d ’expression de la maladie

INTRINSEQUE

CLINIQUE

SOCIAL

FONCTION

AVC

HEMIPLEGIE

INCAPACITE

HANDICAP

MARCHE

POSTUREPREHENSION

LA PREHENSION

‘La préhension est la faculté de fixer puis de mouvoir volontairement un objet par rapport au corps et à l'environnement’.(From André et Martinet, Préhension, Traité Médecine Physique 1998)

DEFINITION

Le mot préhension vient du mot latin ‘saisir’La préhension est attribuée à la présence du pouce qui est placé en

opposition aux autres doigts.

La pince pouce-index dépend de l'intégrité du faisceau corticospinal, issu de l'aire motrice primaire (M1) de l'hémisphère controlatéral. Ce faisceau moteur est à représentation strictement controlatérale.

(From Freund , 1999)

Il existe une ségrégation anatomique et fonctionnelle des voies cortico-spinales pour la commande de la motricité proximale et distale.

DEUX COMPOSANTES DANS LE MOUVEMENT DE PREHENSION

Transport:Transport:Transport:Transport:motricité proximaleépaule, coude,poignet

ManipulationManipulationManipulationManipulationmotricité distalemain et doigts

DispositifDispositifDispositifDispositif

Temps de Mouvement (TM)Temps de Mouvement (TM)Temps de Mouvement (TM)Temps de Mouvement (TM)Pic de Vitesse (PV)Pic de Vitesse (PV)Pic de Vitesse (PV)Pic de Vitesse (PV)Temps au Pic Vitesse (TPV)Hauteur Max CoudeHauteur Max CoudeHauteur Max CoudeHauteur Max CoudeHauteur Max PoignetHauteur Max PoignetHauteur Max PoignetHauteur Max Poignet

Temps début ouverture pince (TDO)Temps ouverture maximale pince (TOM)Ouverture maximale de la pinceOuverture maximale de la pinceOuverture maximale de la pinceOuverture maximale de la pince

ParamParamParamParamèèèètrestrestrestres

SaisieSaisieSaisieSaisie

TransportTransportTransportTransport

Analyse cinématique du mouvement de préhension

40 cm

20º

verre G verre D

60 cm

table

X

Départ

Axe latAxe latAxe latAxe latééééral (mm)ral (mm)ral (mm)ral (mm)Ax

e Ax

e Ax

e Ax

e an

tan

tan

tan

t éé ééroro roro

-- -- pos

tpo

stpo

stpo

stéé éé i

eur

ieur

ieur

ieur

(mm

)(m

m)

(mm

)(m

m)

Temps (m sec)

Vite

sse

(mm

sec

-1)

Tai

lle d

e la

pin

ce (

mm

)

TDO TOM

OMP

TPV

TM

PV

Verre

Laboratoire d’analyse du mouvement Analyse cinématique

Pouce

Poignet

Index


Bras sain Bras paralysé


Trois questions se posent en rééducation

Quelle est la récupération spontanée du déficit moteur ?Quels sont les mécanismes de plasticité cérébrale mis en jeu?Quelle est l ’impact de la rééducation sur ces mécanismes?

Lésion

Déficit Récupération

Plasticité

AAAA

CCCC

BBBB

AAAABBBBCCCC

Elle comprend deux périodesLa courbe de récupération n’est pas un phénomène linéaire

Twitchell TE, Brain 1951, 71: 443-480; Van Buskirk C. Neurology 1954, 4: 919-928.

From Calautti et al. Stroke 2003, 34: 1553-66

Une première période où larécupération est importante Suivie d’une seconde période où la

récupération est plus lente

LES COURBES DE RECUPERATION MOTRICE

temps de mouvement

EXEMPLE DE COURBE DE RECUPERATION

hémiplégie motrice pure Dtlésion capsule interne Gsuivi de la récupération

UN PHENOMENE NON LINEAIRE

From Bard and Hirschberg, Arch Phys Med Rehab 1965, 40: 567-572

Gradient proximo-distal dans les atteintes cérébrales

Gradient disto-proximal dans les atteintes du tronc cérébral

GRADIENT DE RECUPERATION: proximal vs distal

(from Roby-Brami et al. Motor Control 1997)

SUJET CONTROLE DEFICIT PROXIMAL DEFICIT DISTAL

PATIENTS HEMIPARETIQUES

LES STRATEGIES COMPENSATRICES

LES PHASES DE TRANSPORT ET DE SAISIE SONT CORRELEESAU COURS DE LA RECUPERATION

13/15 13/15 hemiparetichemipareticpatientspatientsControlControl--subjectssubjects

(from Roby-Brami et al., 2001)

courbes

51éme jour

Exemple de la récupération longitudinale d’un mouvement de préhension

orientation de la pince

hauteur du coude

714éme jour

hauteur du coude

orientation de la pinceor

ient

atio

n de

la p

ince

Temps de mouvement

(From Freund , 1999)

Hémiplégie controlatérale

RECUPERATION MOTRICE IPSI- ET CONTROLATERALE

IMPLICATION DU CORTEX MOTEUR IPSILATERAL

Une lésion du cortex moteur primaire entraîne:Un déficit moteur controlatéral HEMIPLEGIEUn déficit moteur IPSILATERAL

Schaefer et al. Brain 2007, 130 : 2146-2158.

Ce déficit ipsilatéral est différent selon l’hémisphère cérébral atteint :

En cas de lésion de l’hémisphère G, on observe une modification d’un paramètre temporel (réduction de la modulation de l’accélération)

En cas de lésion de l’hémisphère Dt, on observe une modification d’un paramètre spatial (la précision finale du geste).

Schaefer et al. Brain 2007, 130 : 2146-2158.

Bras sain ispilatéral Bras paralysé controlatéral

Evolution du temps de mouvement du 51ème au 714ème jour post-onset chez un patient présentant une hémiparésie droite

RECUPERATION MOTRICE IPSI- ET CONTROLATERALE

UN PHENOMENE NON LINEAIRE

Chez le singe

From Glees and Coles, The Lancet 1952, 14:1191-2

5. COURBES DE RECUPERATION PAR PALIERS

EXEMPLE DE COURBE DE RECUPERATION PAR PALIERS

périodes de plateaux

On distingue deux phénomènes distincts:

périodes d’amélioration

lésion du bras postérieurde la capsule interne

Rode, Rossetti, Boisson, Neuropsychologia 1996

SUIVI LONGITUDINAL DE LA RECUPERATION MOTRICE APRES HEMIPLEGIE CAPSULAIRE

POPULATIONPOPULATIONPOPULATIONPOPULATION

5 patientsHémiparésie droite (n=3) gauche (n=2)Suivi pendant 1 anAnalyse cinématique Classification ascendante hiérarchique

TRANSPORTTRANSPORTTRANSPORTTRANSPORT PREHENSIONPREHENSIONPREHENSIONPREHENSIONTemps de latenceTemps de mouvementAmplitude du PVTemps du PVAmplitude du PATemps du PATemps de déccélération

Orientation de la pinceAmplitude moyenne de la pinceTemps début de pinceTemps ouverture maximale pinceAmplitude pince au contactOrientation de la pince ouverture max

VARIABLESVARIABLESVARIABLESVARIABLES

Ensemble des variables 07/02/96……….……………13/06/96…04/07/96……………………….…..01/12/97

Variables de transport 07/02/96……….……………13/06/96…04/07/96………………………..…..01/12/97

Variables de préhension 07/02/96………...20/05/96…13/06/96.……...………….……………..….…..01/12/97

Ensemble des variables 07/02/96……….……………13/06/96…04/07/96……………………….…..01/12/97

Variables de transport 07/02/96……….……………13/06/96…04/07/96………………………..…..01/12/97

Variables de préhension 07/02/96………...20/05/96…13/06/96.……...………….……………..….…..01/12/97

DD

DG

40 cm

20ºverre G verre D

60 cm

table

X

Départ

Patient FRC2 phases

178j

164j

Patient FRC2 phases

178j

164j

Patient PIJ1 phase

200j

Patiente GUM2 phases 41j

82j

Patiente JUM3 phases

34j

41j

77j

Patiente PRE3 phases

52j

123j

192j

COURBE DE RECUPERATION MOTRICE PAR PALIERS

Utilisation de connexions parallèles mais jusque là inutilisées

Mise en jeu de synapses latentes

Souvent la récupération d’un niveau de performance inférieur au niveau initial

Chaque palier correspond à une performance déterminée par les capacitésmises en jeu momentanément

Auto-observation de A. Brodal(Brain, 1973, 96: 675-694)

‘While the early restitution occuring, in say, the first two months, may be due to disappearence of oedema, resorption of blood anddebris,the restitution occuring later cannot be explained in this way…

It seems in most instances that one must resort to the assumptionthat intact fibres « take over » for the damaged ones.

Based on the concept of the brain ’s great « reserve capacity » it issometimes held that some nerve cells which previously have not beenfunctioning, become active after a brain lesion.

In the present case improvement was still noted after ten months. ’

MANFESTATIONS SUBJECTIVES



Lésion


Plasticité

AAAA

CCCC

BBBB

AAAABBBBCCCC

STRUCTURES CEREBRALES IMPLIQUEES DANS LA RECUPERATION

1. Régression d’un diaschisis

3. Implication des voies motrices ipsilatérales

4.1 Voies polysynaptiques corticoreticulospinales (Fries et al., Ann Neurol 1991, 29:646-650)

4.2 Implication du système propriospinal (Mazevet et al., 2003)

2. Plasticité au niveau de l’hémisphère cérébral lésé

4. Mise en jeu de nouvelles voies de conduction motrices

Baron et al., JNNP 1992, 55: 935-942

3.1 Activation bilatérale (Chollet et al., 1991; Weiller et al., 1993; Nelles et al., 1999)

3.2 Celle-ci serait corrélée à une moins bonne récupération motrice (Calautti et al., 2001)

2.1 Actication des aires corticales périlésionnelles dès le stade précose (Cramer et al., 1997)2.2 Déplacement postérieur du pic d’activiation du cortex sensori-moteur (Rossini et al., 1998)2.3 Extension de la représentation de la main vers la face (Dettmers et al., 1997; Calautti et al., 2001)

CORTEX PARIETAL INF

CERVELET

CORTEX TEMPORALBilatéral Chollet et al., 1991

CORTEX PREMOTEUR

Bilatéral Chollet et al., 1991Weiller et al., 1993

GANGLIONS DE LA BASEPantano et al., 1996

Hémisphère sain (Chollet et al., 1991;Weiller et al., 1993;Pantano et al., 1996Nelles et al., 1999)Stade tardif (Calautti et al., 2001)Stratégies de compensation

Chollet et al., 1991; Weiller et al., 1993; Dettmers et al., 1997; Cramer et al., 1997; Cao et al., 1998; Rossini et al., 1998; Nelles et al., 1999 Calauttiet al., 2001

CORTEX SENSORI-MOTEUR PRIMAIRE

INSULA

Bilatéral Chollet et al., 1991

Chollet et al., 1991 (bilatéral)Weiller et al., 1993Nelles et al., 1999 (bilatéral)

From Weiller et al., Ann Neurol 1993, 33:181-189; Dettmers et al., 1997 CerebrovascDis 1997, 7: 187-200; Calautti et al., 2001, Stroke 2001, 32:2534-42)

Exemple 1Exemple 1Exemple 1Exemple 1REORGANISATION DE LA REPRESENTATION SOMATOTOPIQUE

DU CORTEX SENSORIMOTEUR EN DIRECTION DE LA FACE

Hémipshère lésé

2 mois post-AVC 8 mois post-AVC

G D

Activation bilatérale des aires motrices I et II

et des aires somato-sensorielles

Activation unilatéraledu cortex prémoteurde l’hémisphère sain

From Calauttiet al.,2001, Stroke 2001, 32:2534-42

REORGANISATION INTER-HEMISPHERIQUE DU SYSTEME MOTEUR APRES LESION CAPSULAIRE

Exemple 2

RECUPERATION DES MOUVEMENTS DES DOIGTS CHEZ UN PIANISTE PROFESSIONNEL

Homme agé de 63 ans droitier et pianiste professionnelAVC sous cortical capsulaire droitHémiplégie gauche 18 mois plus tard Bonne récupération motrice, en particulier des mouvements des doigts.

Etude en fMRIMouvements des doigts de la main droite entraînent :

Cervelet ipsilatéralCortex sensori-moteur controlatéralPutamen controlatéralCortex parietal controlatéralCortex prérontal dorsal bilatéral

Mouvements des doigts de la main gauche entraînent les mêmes activations +cervelet bilatéral

Cortex pariétal bilatéralCortex prémoteur gauche

Main Dte saine Main G paralysée



Lésion


Plasticité

AAAA

CCCC

BBBB

AAAABBBBCCCC

Enseignements expérimentaux chez le singe: comportement de comportement de comportement de comportement de soussoussoussous----utilisationutilisationutilisationutilisation

Rhizotomie chirurgicale: désafférentation d’un membre sup(capacités motrices intactes)

Absence immédiate d’utilisation du membre désafférenté: abandon/désintérêt du membre atteint

Reprise du mouvement du membre si:

Immobilisation du membre sain CL pendant plusieurs joursImmobilisation du membre sain CL pendant plusieurs joursImmobilisation du membre sain CL pendant plusieurs joursImmobilisation du membre sain CL pendant plusieurs jours

et/ou: entraet/ou: entraet/ou: entraet/ou: entraîîîînement du membre maladenement du membre maladenement du membre maladenement du membre malade

Effet stable, durable dans le temps

LE NON USAGE

Chez le singe

From Nudo et al. Science 1996, 272: 1791-1794

-> Il existe une rrrrééééorganisationorganisationorganisationorganisation de la représentation du Membre supérieur au niveau du cortex moteur primaire après rééducation:

- déplacement e la zone contrôlant la main

- élargissement de la zone contrôlant l’avt bras

- réduction de la zone représentant la partie proximale du membre sup.

TRAVAUX EXPERIMENTAUX CHEZ LE SINGE

1. Restriction des mouvements du membre sup sain:

écharpe et contention du poignet en attelle: interdit flexion du poignet et utilisation des doigts

90% du temps d’éveil12 jours12 jours12 jours12 jours de suite

LA METHODE DE TAUB

2) entraînement du membre parétique:

7 h/jour7 h/jour7 h/jour7 h/jour, sauf le week et « shapingshapingshapingshaping »:-exercices de difficulté croissante-utilisation d’objets de la vie courante-récompense et encouragements

UTILISATION FORCEE DU MEMBRE PARETIQUE

From Taub et al. Arch Phys Med Rehab 1993, 40: 567-572Taub et al, new treatments in neurorehabilitation founded on basic research; Nature reviews neuroscience 3, 228-236 (2002)

Les premiers résultats

• Une méthode contre le dogme:peu ou pas de récupération motrice après un AVC au-delà d’un an

• Prouver le bénéfice de la méthode Taub en phase chronique par un étude randomisée contre placebo

• Patients (cf tableau)

• Méthode Taub pendant14 j• Placebo: un entraînement général

conventionnel avec des objectifs établis sur 14 jours

ETUDE RANDOMISEE CONTRE PLACEBO

Therapy for upper extremity after stroke? Taub et al, Stroke 2006

• En vie réelle: MAL (questionnaire concernant les activités de la vie quotidienne

AOU: quantificationQOM: qualité du mouvement

• En laboratoire: WFMTPT: vitesse du mvtFA: gain fonctionnel (coordination)


PARAMETRES ETUDIES


RESULTATS

AmAmAmAméééélioration en vie rlioration en vie rlioration en vie rlioration en vie rééééelleelleelleellePersistance Persistance Persistance Persistance àààà 4 semaine4 semaine4 semaine4 semaineRegressionRegressionRegressionRegression partielle partielle partielle partielle àààà 2 ans (~30%)2 ans (~30%)2 ans (~30%)2 ans (~30%)

• Un traitement très efficace et simple.

• Efficacité prouvée sur critères multiples / en situation de vie réelle

• Des résultats contrôlés par deux tests pré-traitements

• Effet moteur durable dans le temps

• Pas d’influencePas d’influencePas d’influencePas d’influence: - du côté atteint- de l’ancienneté de l’AVC

Johansen-Berg et al. Correlation between motor improvements and altered fMRIactivity after rehabilitative therapy Brain (2002), 125, 2731-2742

Buts de l’étude :- Topographie précise des régions anatomiques réorganisées

- Corréler les changements en IRMf aux bénéfices comportementaux de la rééducation

Quelle est l ’impact de cette rééducation sur les mécanismes de plasticité cérébrale?

7 patients:6mois post- 1er AVCAVC SOUS CORTICAL

Méthode Taubà domicile pendant 2 semaines

7 épreuves tests

4 enregistrements en IRMf2 fois avant rééducation (à 2 semaines d’intervalle) et 2

fois après rééducation

METHODOLOGIE

En rouge:En rouge:En rouge:En rouge:Augmentation dAugmentation dAugmentation dAugmentation d’’’’activation corractivation corractivation corractivation corréééélllléééée e e e àààà une augmentation de forceune augmentation de forceune augmentation de forceune augmentation de force

APRES METHODE DE TAUB

Augmentation d’activité dans le cortex prémoteur et somesthésiqueprimaire (SII) controlatéraux lors des mouvements de la main atteinte:

-> Réorganisation du cortex moteur? Plasticité cérébrale?

-> Développement de projections cortico-spinalesdepuis des régions non motrices primaires?

-> Augmentation d’attention vers le membre atteint?

Augmentation d’activité dans les 2 hémisphères cérébelleuxpostéro-supérieurs:

->Implication dans l’apprentissage moteur ?

Taub et al, new treatments in neurorehabilitation founded on basic research; Nature reviews neuroscience 3, 228-236 (2002)

Box And Block testEchelle de Fugl-MeyerAnalyse cinématique

ParamètresParamètresParamètresParamètres

Rééducation Rééducation

Protocole expérimental

28 sem


UTILISATION FORCEE DU MEMBRE PARETIQUE

Homme, droitier âgé de Hémiparésie gaucheDéficit de préhension persistantDéficit stable à 6 moisAbsence de négligence sensorielle GHémianopsie latérale homonyme GConsentement du patient

Cas cliniqueCas cliniqueCas cliniqueCas clinique

MATERIEL ET METHODES


Temps de Mouvement (TM)Temps de Mouvement (TM)Temps de Mouvement (TM)Temps de Mouvement (TM)Pic de Vitesse (PV)Pic de Vitesse (PV)Pic de Vitesse (PV)Pic de Vitesse (PV)Temps au Pic Vitesse (TPV)Hauteur Max CoudeHauteur Max CoudeHauteur Max CoudeHauteur Max CoudeHauteur Max PoignetHauteur Max PoignetHauteur Max PoignetHauteur Max Poignet

Temps début ouverture pince (TDO)Temps ouverture maximale pince (TOM)Ouverture maximale de la pinceOuverture maximale de la pinceOuverture maximale de la pinceOuverture maximale de la pince

ParamParamParamParamèèèètrestrestrestres

Saisie

Transport

Analyse cinématique

Analyse motrice fonctionnelle (Echelle de Fuggl-Meyer)

40 cm

20º

verre G verre D

60 cm

table

X

Départ

150

100

50

0 0

600

300

100

0

200

Tem

ps (

ms)

Hau

teur

(m

m)

Tai

lle (

mm

)

Vite

sse

(mm

/s)

TR

AN

SP

OR

TF

OR

MA

TIO

N

DE

LA

PIN

CE

BRAS GAUCHE PARALYSE VERRE DROIT

R1 R2

02/07/2002 09 /07/2002 16/07/2002 28 /08/2002 10 /09 /2002 24 /09 /2002 06 /12 /2003 20/12 /2002 14 /01/2003

TMTDOTOMTPV

4000

3000

2000

1000

0

5000

coude_gd poignet_gd

*

*

*

ns

ns

ns

*

02 /07/2002 09/07/2002 16/07/2002 28 /08/2002 10 /09 /2002 24 /09/2002 06 /12 /2003 20 /12 /2002 14/01/2003

TMTDOTOMTPV

150

100

50

0

2000

1500

1000

500

0

100

0

200

Tem

ps (

ms)

Hau

teur

(m

m)

Tai

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mm

)

Vite

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TR

AN

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TF

OR

MA

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R1 R2

0

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1000

500

coude_gd poignet_gd

*

ns

nsns

ns

BRAS DROIT SAIN VERRE GAUCHE

Axe latAxe latAxe latAxe latééééral (mm)ral (mm)ral (mm)ral (mm)

Axe

Axe

Axe

Axe

ant

ant

ant

ant éé éé

roro roro-- -- p

ost

post

post

post

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rie

urie

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m)

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Temps (m sec)

Vite

sse

(mm

sec

-1)

Tai

lle d

e la

pin

ce (

mm

)

TDO TOM

OMP

TPV

TM

PV

Verre

Rééducation par la méthode de Taub

avant après

-150 -100 -50 0 50 100 150 2000

50

100

150

200

250

300

350

400

450


Axe

Axe

Axe

Axe

ant

ant

ant

ant éé éé

roro roro-- -- p

ost

post

post

post

éé éé ieu

rie

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m)

(mm

)

400

300

200

100

00 100-100 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450


400

300

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100

00 100-100

Pouce

Poignet

Index

-250 -200 -150 -100 -50 0 50 1000

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Bras Dt sain

Bras G par éééétique

Diminution du temps de mouvement bras paralysé

-150 -100 -50 0 50 100 150 2000

50

100

150

200

250

300

350

400

450


400

300

200

100

00 100-100

02/0 7/2002 0 9/07/2002 16/07/2002 28/0 8 /2002 10/09 /2002

02/07/2002 09/07/2002 16/07/2002 28/08 /200210/09 /2002

Amélioration de la trajectoire (variabilité)

Augmentation de l’ouverture de la pince

Diminution du temps de mouvement bras sain

Régression d’une sous utilisation motrice du membre lésé?

Modification attentionnelles liées aux tâches à réaliser?

Récupération de nouvelles stratégies motrices?

Déficit chroniqueLésion hémisphère droitHéminanopsie latérale homonyme gauche

Amélioration du transport et de la préhensionAmélioration après chaque séance de rééducationRôle du cortex prémoteur (Calautti et al., 2001, Stroke 2001, 32:2534-42)Recrutement des autres neurones impliqués dans le faisceau corticospinal(Johansen-Berg et al., Brain 2002, 125(: 2731-2742)

CONCLUSION

Augmentation d’activité du cortex prémoteur, du cortex somatosensoriel SII ethémisphères cérébelleux (Johansen-Berg et al., Brain 2002, 125: 2731-2742)



Lésion


Plasticité

AAAA

CCCC

BBBB

AAAABBBBCCCC

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