Enseignement National DES de Médecine Physique et de Réadaptation – DIU de RééducationModule : « Troubles de l’équilibre »

Physiologie du contrôle posturalPhysiopathologie des troubles de l’équilibre

Pr Dominic PérennouClinique de Médecine Physique et Réadaptation CHU Grenoble et labo CNRS Tim-CDPerennou@chu-grenoble.fr

Définitions Posture – contrôle postural – équilibre

Introduction au contrôle posturalQu’est qu’un bon équilibre ?Finalité du contrôle postural - Une posture

Les prérequisAnatomie et physiologie des voies motrices et sensorielles

Physiologie du contrôle PosturalTonus et réflexes posturauxOrientation posturaleStabilisation posturale

Plan

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Une posture est une attitude, définie par la position relative des segments corporels ainsi que par leur orientation dans l’espace.

Plus généralement la terminologie posture transcende la simple description d'une géométrie corporelle particulière et sous-entend les mécanismes nerveux qui régulent les variations d'attitude, intentionnelles ou non.

La recherche de l’équilibre est le facteur déterminant de l’organisation de la posture.

Définitions

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L’équilibre est assuré lorsque

La projection au sol du centre de masse peut être maintenue àl'intérieur de la surface d'appui.

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Le contrôle de l’équilibre prend en compte

- Contraintes internes:

masses et géométries corporelles

- Contraintes externes:

gravité

stabilité des appuis sur un support

perturbations éventuelles

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Le système nerveux est l’organe de l’équilibre

L’oreille interne est l’organe de l’équilibre

Prérequis

Enseignement National DES de Médecine Physique et de Réadaptation – DIU de RééducationModule : « Troubles de l’équilibre » Pr D Pérennou

Information efférenteMuscles posturauxMotricité holocinétiqueInnervation ipsi et contralatérale du tronc

Anatomie et physiologie des capteurs et voies afférentesVision : périphériqueVestibulaire : otoliths, canaux semi-circulaires Proprioception : Ia, Ib, II HaptiqueGraviception somesthésique

Interface sensoriel-moteurComparaison copie afférente- mouvement effectué

pour correction éventuelle (cervelet)Notion de modèle interne: synthèse sensorielle, résolution de conflits, transformation vecteur sensoriel en moteur, prédiction

Prérequis

Rôle crucial du thalamus postéro-latéral dans la synthèse des graviceptionsvestibulaires et somesthésiques : modèle interne de verticalité

Barra et al Brain 2010

Le contrôle de l’équilibre sert àFournir une base stabilisée à l’action

Le contrôle de la posture participe àL’élaboration des représentations spatiales

Physiologie du contrôle postural

Une régulation du tonus

Un contrôle de l’orientation antigravitaire

Un contrôle de la stabilisation posturale

Sémiologie des troubles posturaux

Réflexes posturaux et tonus

Réflexe d’étirement

Réflexe tonique labyrinthique: répartition tonus entre hémicorps droit et gauche

Réflexe tonique cervical: répartition tonus entre extenseurs et fléchisseurs

Réflexe de redressement: surtout chat

Réaction de support positive: augmente le tonus du membre inférieur dès le contact au sol

Rôle mineur du réflexe d’étirement dans la régulation de la posture

Illustration des réponses musculaires induites par une perturbation posturale (ici une rotation autour des chevilles). Les deux premières réponses sont enregistrées sur l'agoniste étiré (ici le muscle gastrocnénien médial). La première réponse de courte latence (SL) correspond au réflexe d'étirement dont la valeur fonctionnelle est faible. Lorsque la perturbation est une rotation orteils vers le haut autour de la cheville, la deuxième réponse de moyenne latence (ML) est déstabilisatrice. La troisième réponse de longue latence (LL > 100 ms) est une contraction de l'antagoniste (ici le tibialis) qui rétablit l'équilibre. D'après Bloem EBR 1999.

Réflexes toniques du cou chez un nouveau-né et un sportif. La rotation de la tête d'un côté est associée à une augmentation du tonus dans les muscles extenseurs ipsilatéraux (d'après Fukuda modifié par Ghez in Kandel et al, Principles of Neural Science, International Edition). Ces réflexes peuvent être observés chez les patients en état végétatif chez qui une extension d'un membre supérieur est accompagnée d'une rotation de la tête de ce côté et d'une flexion du membre supérieur contralatéral.

Réflexes tonique du cou et labyrinthique

Le tonus musculaire essentiellement le tonus des muscles extenseurs

⇒ artisan principal de la lutte antigravitaire

Régulation du tonus (moelle épinière et tronc cérébral) ⇒ mécanismes élémentaires de contrôle postural

Tonus

Le tonus musculaire essentiellement le tonus des muscles extenseurs

⇒ artisan principal de la lutte antigravitaire

Régulation du tonus (moelle épinière et tronc cérébral) ⇒ mécanismes élémentaires de contrôle postural

Faible rôle fonctionnel, normalement

Troubles de l’équilibre liées aux troubles du tonus

Tonus

Troubles de l’équilibre causés par troubles du tonusHypotonie : peu d’effet indépendant sur l’équilibre (si pas de déficit moteur et conditions clémentes)

Spasticité: peu d’effet indépendant (équilibre dynamique difficile)

Hypertonie extrapyramidale : Autre origine des troubles de l’équilibre chez les parkinsoniens

Excitation sur voies vestibulo-spinales- Symétrique bilatérale : rétropulsion- Asymétrie Droite/Gauche : latéropulsion dont le modèle

est la latéropulsion dans le syndrome de Wallenberg par atteinte des noyaux vestibulaires dans la fossette latérale du bulbe

Pb: exploration difficile des voies vestibulo-spinales

Rétropulsion

Latéropulsion

Video d’un patient pusher qui se lève

Physiologie du contrôle postural

Une régulation du tonus

Un contrôle de l’orientation antigravitaire

Un contrôle de la stabilisation posturale

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Relation étroite

perception – action relativement à la gravité

Perception de la verticale après AVC

Verticale visuelle (VV)Teste graviception vestibulaire + vision

Années 90 +++Prédominance Graviception vestibulaireEt cortex vestibulaire (Insula ++)Brandt et Dieterich

Verticale posturale (VP)Teste graviception somaethesique

Années 2000 +++Faible corrélation entre VV et troubles de l’équilibre: Kerkhoff 1998; Bonan et al 2006, 2007

Importance de la graviceptionsomesthésique: Pérennou et al 1998; Benaim et al 1999; Pérennou et al2002,2008; Barra et al 2010

The wheel paradigm

Pérennou et al Brain 2008

Le sujet peut être inclinéconfortablement en sécurité

Il indique dans quelle position il se perçoit vertical

-20

-15

-10

-5

0

5

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20

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5

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5

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15

20

Hap

ticve

rtic

alPo

stur

al v

ertic

alVi

sual

ver

tical

Individual data

Many cases of dissociation

Abnormal PV + VV + HV :

18 (22%) of the hemisphere strokes

Larger lesion

Lateropulsion +++

Worst postural capacities and recovery

Transmodal contralesional tilt

Hemisphere strokesContra VV tilt 55%

Contra HV tilt 32 %

Contra PV tilt 42 %

Ipsi VV tilt 9%

Pérennou et al Brain 2008

Principal component analysis on VV, HV, and PV orientations

87 % of the variance explained by a two dimensional data structure

0 0.5 1

VV

HV

PV

Factor 1PVHVVV

Factor 2

-0.5

VV HV PV

-1

0

Pérennou et al Brain 2008

Pérennou et al, Brain 2008

Comparative analysis of verticality estimates in patients with a left (open symbols)or a right (black symbols) hemisphere stroke. Mean values ± SE.

-6 -4 -2 0

PV

HV

VV

Orientation of the biological vertical (°)

VHVH

Hemispheric strokeContralesional lateropulsionNo pushing (n=29)

Hemispheric strokeContralesional lateropulsionPushing (n=6)

VV and PV

-15 -10 -5 0 5 10 15 20-15 -10 -5 0 5 10 15 20Tilt of the biological vertical (°)

haptic verticalvisual vertical

postural vertical

Hemispheric stroke No Lateropulsion (n=45)

Brain stem stroke (n=6)Ipsilesional lateropulsion

Ipsilesional tiltcontralesional tilt Pérennou et al Brain 2008

Ranges ofNormality (n=33)

En résumé sur la latéropulsion

Deux types de latéropulsion

1. 1. LLéésionsion dudu tronctronc ccéérréébralbralLateropulsion Ipsilesionnelle

Causée par trouble sur voiesvestibulospinales (tonic asymmetry)

Association fréquente aux troubles vestibulo-oculaires :torsion oculaire ipsilesionnelle, skew deviation, head tilt, VV tilt

Patient conscient de sa latéropulsion From Brandt & Dieterich 1994

En résumé sur la latéropulsion

Deux types de latéropulsion

2. Lésion d’un Hemisphere (cortex)

Lateropulsion contralesionnelle

Alignement du corps sur une verticale biologiqueerronée

Patient fréquemment non conscientde sa lateropulsion (au début)

Pushing : Biais dramatique de PV

Karnath et al 2005Johannsen et al 2006

Cortex parieto-insulaire Thalamus postero-lateral

Corrélats anatomiques du Pushing

Tonic asymmetric

Fear of falling

forward

Tilted biological

vertical

En résumé sur la rétropulsion

Lien très probable entre rétropulsion et Inclinaison postérieurede la verticale biologique pour :

- Personnes âgées fragiles- Parkinsoniens

En résumé sur les troubles de l’orientation verticale

Atteinte unilatérale du tronc cérébral ou vestibulaire périphérique: Pb d’orientation lié à une asymétrie de tonus.Atteinte hémisphérique unilatérale (cortex parietal, temporal ou insulaire, thalamus): Pb d’orientation latérale lié à un biais dans la verticale biologique.Atteinte centrale bilatérale sur les voies de la graviceptionsomesthésique ou vestibulaire : Pb d’orientation sagittale liéà un biais dans la verticale biologique.Atteinte bilatérale sur les voies de la graviceptionsomesthésique ou vestibulaire périphérique (centrale ou périphérique): incertitude sur la direction de la verticale.

Physiologie du contrôle postural

Une régulation du tonus

Un contrôle de l’orientation antigravitaire

Un contrôle de la stabilisation posturale

Stratégies de hanche, de cheville et d`abaissement du CM pour maintenir l'équilibre debout.

Simplification de la commande motrice : synergies musculaires

Rôle crucial des ganglions e la base dans la flexibilitédu répertoire de stratégies posturales

D’après Horak et alJ Neurol Sci 1992

Rôle crucial du cervelet dans la coordination posturale

Illustration de l’asynergie cérébeleuseD’après Babinski, Rev Neurol 1899

L’ataxie cérebelleuse : Oscillations posturales amples à fréquence haute

D’après Pérennou et al, Ann Réadapt Med Phys 2005

Stratégies de stabilisation de la tête. A) stabilisation de la tête en tangage chez le chat (reflexes du cou).B) deux stratégies de stabilisation de la tête en roulis décrites chez l`homme. D’après Massion, 1997.

Sélection d’un référentiel stabilisé

Rôle des informations sensoriellesSélection de la stratégie de stabilisation

Stabilisation de la Tête: vision et vestibulaire +++Stabilisation du tronc: proprioception ++Stabilisation du centre de masse: modèle interne ++Stratégie de cheville: somesthésie ++Stratégie de hanche: vestibulaire ++

Réduire amplitudes oscillations posturalesVision périphériqueProprioceptionVestibulaire : canaux semi-circulaires

Elaboration modèles internes (centre de masse)

Posturographieavec la vision

Posturographiesans la vision

Exemple de troubles de l’équilibrecomplexe: AVC

2. Troubles de stabilisation

1. Biais d’orientation / gravité

Déformations orthopédiques associées

Déficit moteur

Déficit d’intégration des messages sensoriels

Altération des référentiels spatiaux

Standing posture: a compromise between orientation and stabilisation

Lectures conseillées sur la physiologie du contrôle postural

Bien qu’un peu anciennes les 3 monographies suivantes en langue française sont incontournables. Les modèles théoriques du contrôle postural y sont présentés par des maîtres à penser. Bouisset et Mathon. Muscles, posture et mouvement. Hermann, 1995Massion. Cerveau et motricité. PUF 1997Berthoz. Le sens du mouvement. Odile Jacob, 1997

Lire aussi en priorité les chapitres suivants:Horak et Macpherson, Postural Orientation and Equilibrium dans Handbook ofPhysiology (Rowell and Shepherd), Oxford University Press 1997 Posture, mouvements, motricités dans Principles of Neural Science (Kandel, Schwartz and Jessell), Mc Graw-Hill, 2000

Ainsi que

Bronstein, Brandt, Woollacott, Nutt. Clinical disorders of balance posture and gait. Arnold Edit, 2nd edition 2004.Livres des congrès de l’APE (M Lacour), Collection Posture-Équilibre, Solal

Ce cours a repris plusieurs notions écrites dans : Pérennou et Amblard, Posture et Equilibre. J Réadapt Méd 2001 pp19-29.