Directeur Pierre-Paul Vidal DR Centre d'Etude de la Sensori-Motricité, Pariz Descartes Directeur Sébastien Laporte PU Laboratoire de Biomécanique, ENSAM.
Remerciements
Résumé
Summary
Liste d’abréviations
Liste des annexes
- Anatomie comparée de l'Homme et d'un singe anthropomorphe (primates les plus proches de l’homme)
- Nouvelle, rédigée pour la revue Médecine/Sciences dans le cadre de ma mission de diffusion
- Le développement moteur et postural Annexe 4 : Référentiels
- Tableau recensant les facteurs prédisposants et précipitants, les critères d’évaluation et tests existants, et les interventions possible
- Nouvelle publiée dans la revue Médecine/Sciences sur la maladie de Parkinson et le TaiChi Annexe 8 : Tableau de littérature sur quelques protocoles expérimentaux utilisés pour perturber la
- Notice d’information pour les volontaires Annexe 10 : Critères d’exclusion généraux
- Description détaillée des groupes musculaires choisis dans l’étude n° 1 Annexe 12 : Effet de la condition (direction, vitesse) sur les latences EMG
- Procédure de reconstruction EOS : de l’identification de la géométrie spécifique du corps à une reconstruction 3D
- Modèles géométriques Annexe 15 : Modèles proportionnels
- Modèles humains existants, appliqués à l’étude du contrôle postural
- Raideur (N.mm/rad) et Amortissement (N.mm.s/rad) appliquéesaux articulations Annexe 18 : Tableau de littérature sur quelques protocoles expérimentaux utilisés en situation de
- Exemple de règles identifiées par une analyse statistique de type « exploration combinatoire » (Quinten)
Cette discipline se situe à l'intersection de la physiologie, des sciences cognitives, de l'ergonomie et de la robotique. Le comportement sert de fil conducteur entre les différents niveaux d’analyse de la fonction étudiée, rendant plus cohérente l’articulation des connaissances sur le système nerveux central.
Avant - Propos
Cette peur de chute est très répandue chez les personnes âgées (une personne sur quatre) et peut survenir même sans expérience préalable de chute (Tinetti, 1997). Même si l’augmentation de la population considérée comme âgée a été modérée jusqu’à présent, les projections démographiques prévoient qu’elle s’accélérera jusqu’en 2035 et au-delà.
Introduction Générale
La capacité de réagir à une perturbation soudaine est donc essentielle pour le contrôle de l'équilibre, car l'évitement ou la survenue d'une chute dépendra de cette capacité à se rééquilibrer. Suite à cette première phase expérimentale, des travaux de modélisation de chute ont été réalisés pour analyser la contribution des facteurs biomécaniques lors d'une chute.
Contexte scientifique
DE LA VERTICALISATION PROGRESSIVE A LA POSTURE DEBOUT
- Eclairage phylogénétique
- Se tenir debout est-il le propre de l’Homme ?
- Corrélats anatomiques et sensoriels liés à l’acquisition de la bipédie
- Avantages et Inconvénients de la bipédie
- Verticalité et Bipédie : l’éclairage de l’Ontogénèse
Pour certains, l’événement principal de l’évolution humaine ne serait pas tant cette augmentation de taille que l’émergence d’une bipédie permanente. Jusqu’à l’âge de 4 ans environ, le développement moteur s’organisera essentiellement autour de la maîtrise de l’équilibre.
DE LA POSTURE DEBOUT ACQUISE A L’EQUILIBRE
- L’homme n’est jamais en parfait équilibre
- Ressources sollicitées pour le contrôle postural
- Référentiels Spatiaux
- Schéma corporel et Modèle interne
- Intégration et contrôle centraux
- Réponse motrice et Effecteurs
- Application au contrôle de la posture debout perturbée : cas du Rattrapage 1. Bases Neurophysiologiques des Réponses Posturales
- Stratégies de contrôle de l’équilibre
- Synergies musculaires
- Evolution du contrôle de l’équilibre chez l’enfant
En contrôle d’équilibre, il existe différentes opinions sur la variable de référence stabilisatrice. Les stratégies de contrôle de l'équilibre varient en fonction de la cause de la perturbation (interne ou externe).
DE L’EQUILIBRE A LA CHUTE …
- Comment définir une chute accidentelle ?
- Qui est à risque de chute?
- Effet du Genre : un mécanisme inexpliqué
- Effet de l’Age : une courbe en U inversé
- Pathologies neurologiques et Troubles de l’équilibre
- Le sujet chuteur
- Conséquences des Chutes chez la Personne Agée
- Conséquences traumatiques et fonctionnelles aigües
- Conséquences psychomotrices : le syndrome post-chute
- Prévention de la (re-) Chute
- Evaluation de la posture et de l’équilibre
- Interventions pour prévenir la (re-)chute
Par exemple, l'hémiplégie provoque un déplacement de la référence égocentrique vers le côté de la lésion cérébrale (Rode et al. 1993). Les symptômes moteurs de cette maladie neurodégénérative créent ainsi des troubles invalidants de la posture et de l’équilibre. Ce sont les principaux facteurs de risque de chute chez les personnes âgées (Tromp et al.
SYNTHESE & OBJECTIFS GENERAUX
La troisième étude porte sur les facteurs cognitifs impliqués dans le contrôle sensorimoteur et particulièrement lors des chutes, en utilisant un paradigme à double tâche. La réponse est-elle automatique en cas de perturbation extérieure majeure nécessitant une réaction rapide ? Il s’agissait d’analyser les réponses dans les 500 millisecondes suivant une perturbation externe pour décrypter les indicateurs biomécaniques et/ou neurophysiologiques qui prédisent une chute.
Etude expérimentale des 500 premières millisecondes
Nous sommes confrontés chaque jour à d’innombrables troubles de l’équilibre, mais le facteur le plus important qui déterminera si l’un d’entre eux entraînera une chute est notre capacité à retrouver ou non une certaine forme de stabilité. Dans ce travail, l'objectif était de remettre en cause sévèrement le contrôle postural à l'aide d'une perturbation externe imprévisible, d'isoler des stratégies de réponse protectrice, d'évaluer leur efficacité et de qualifier le rôle des ressources sollicitées, comme les systèmes sensoriels.
Méthodes de Perturbation
- De nombreux dispositifs expérimentaux
- L’intérêt des perturbations médio-latérales
L'imprévisibilité de la direction, de la vitesse ou même du timing de la perturbation varie d'une étude à l'autre (Henry et al. Lors d'une perturbation du type "libération des ligatures", la direction et l'amplitude de la perturbation sont complètement prédites. De plus, la les effets de l’âge et de la pathologie sont plus prononcés dans le sens latéral (Mitchell et al.
Chute vs. Rattrapage : mécanismes de différenciation
Amplitudes articulaires réduites au niveau des articulations clés ou, à l’inverse, plus importantes (Barrett et al. 2012). Les personnes âgées mettent plus de temps à désactiver certains muscles ou à en activer d’autres (Thelen et al. 2000). Les jeunes adultes préfèrent croiser le pied vers l’avant ou vers l’arrière lorsqu’ils effectuent un pas de rattrapage (Maki et al.
Effet de l’apprentissage (habituation, entraînement)
La capacité d'adaptation et la manière dont elle se manifeste dans les réponses posturales font l'objet de la sous-section suivante. Dans l'étude de Marigold et Patla (2002), après une exposition répétée à des glissades, au cours d'un seul essai, le SNC s'est adapté aux changements globaux, tels qu'un affaiblissement de l'amplitude de la réponse musculaire. 2008 ; Vernazza-Martin et coll. 2006), l'entraînement qui libère notamment les degrés de liberté au niveau de la hanche et de la cheville.
La réaction de Startle, implication potentielle dans l’occurrence d’une chute Plusieurs chercheurs ont suspecté une réaction de Startle dans les réponses à une perturbation
De plus, elle est associée à des modifications de la résistance galvanique de la peau, à une augmentation transitoire de la pression artérielle et à une accélération de la fréquence cardiaque (Gautier et Cook, 1997 ; Dimberg, 1990 ; Holand et al. 1999). Le circuit neuronal sous-jacent au sursaut serait une boucle transcorticale rapide, telle que la modulation d'un réflexe d'étirement en moins de 85 ms (Van Doornik et al. 2004), ou un son de sursaut qui dépasse l'amplitude du MEP en module de 50 ms (Van Doornik et al. 2004). Fisher) et coll. 2004). La revue de Valls Solé et al. 2008) décrivent les arguments en faveur de la contribution des circuits moteurs sous-corticaux impliqués dans l'origine d'un SR, à l'exécution des mouvements volontaires (cf.
Synthèse et Objectifs
De notre côté, nous avons décidé d'étudier des sujets jeunes et sains, ce qui permet d'exclure tout facteur intrinsèque lié à l'âge ou à une pathologie pouvant contribuer à la survenue de chutes, et de nous concentrer sur les différentes phases qui composent le traitement de l'information. chaînes lorsque le sujet est en état de déséquilibre. Il n’existe actuellement aucun consensus sur les mécanismes neurophysiologiques et biomécaniques pouvant être responsables des chutes. L'originalité de ce projet réside dans l'étude de la réponse mécanique du système en relation avec les réponses musculaires lors d'une chute réelle.
PROTOCOLE EXPERIMENTAL
- Population d’étude
- Situation expérimentale
- Dispositif et paradigme expérimental
- Méthode
- Paramètres mesurés et calculés
- Synthèse des moyens de mesure existants
- Acquisition des données
- Analyse des données
Marqueurs utilisés pour calculer les angles de flexion/extension au niveau de la cheville et du genou (à gauche). Les mouvements des marqueurs ont été filtrés (filtre passe-bas à fréquence de coupure optimisée dans la gamme de 4,5 à 9 Hz), à l'aide d'un filtre récursif du second ordre de type Butterworth (Winter, 2005). Détermination de l'apparition du marqueur perturbation. Ce seuil a été défini à partir de la moyenne de l'activité de base plus 2 écarts types.
RESULTATS
- Chronologie de la « chute »
- Description de la phase passive
- Description de la phase active (T3)
- Description générale des réponses posturales observées
- Différences Chute vs. Rattrapage
- Effet des caractéristiques « sujet » sur la chute
- Effet des caractéristiques « essai » sur la chute E ffet du num éro de l’essai (habituation)
- Mécanismes liés à la chute : analyse de l’action correctrice engagée Les réponses posturales ont été caractérisées selon quatre groupes de variables : la cinématique
Cette activation a également été observée, dans une moindre mesure, au niveau de la jambe d'appui. En revanche, au niveau de la jambe d'appui, le TA a permis une bonne stabilisation de l'angulation. Au niveau de la jambe d’appui, l’AT a montré une activation significative et soutenue dans le temps.
DISCUSSION
- Biomécanique de la réponse
- Description qualitative des réponses posturales
- Hypothèses sur les causes de la chute
- Sensibilité et Variabilité inter-individuelle à la chute
- Occurrence de la chute et caractéristiques de la perturbation
- Caractérisation de l’échec des mécanismes de réequilibration
Cependant, plus la latence entre le début de la perturbation (PO) et la levée de jambe de l'étape de capture (pas initiée trop tard) est longue, plus le temps disponible pour contrôler la cinématique CM (recapture) sujette à soucis est grand. Cette séquence cinématique est liée à la spécificité de la perturbation (application d'un mouvement sous le pied). Les premières afférences sont générées au niveau plantaire, 6 ms après le début de la perturbation (Schiepatti et al. 1995).
Conclusion
- Synthèse des résultats
- Limites & Perspectives
Ajuster l’intensité de la perturbation aux caractéristiques du sujet, notamment en termes de poids/taille, peut être intéressant. Fatigue Suivi de la fatigue (et/ou évaluation de l'effet), sachant qu'elle peut être physique, mentale ou émotionnelle. Il faut cependant rappeler qu’il n’y a eu aucune modification de la consigne, le sujet était donc constant dans le temps ; en tant que telle une suite.
Modélisation de la Chute
Des propriétés mécaniques utiles à la régulation de l’équilibre
- Propriétés mécaniques des effecteurs
- Notions de raideur et de viscoélasticité
- Biomécanique musculaire
- Autres moyens semi-passifs
La vitesse de conduction de l'influx nerveux dépend notamment de la taille du motoneurone (plus son diamètre est grand, plus la vitesse de conduction de l'influx nerveux est rapide, mais plus sa sensibilité à l'influx nerveux est faible). Un contrôle actif (central/neurologique et pour certains, anticipatif) des oscillations posturales par les muscles de la cheville est nécessaire (Gatev et al. 1999 ; Collins et De Luca, 1993). Ils montrent également que l’augmentation de la tension active est associée au raccourcissement musculaire.
MODELES HUMAINS APPLICABLES AU CONTEXTE DE LA CHUTE
- Aller plus loin sur un modèle poly-articulé
- Modèles : principes généraux
Le domaine d'application est très important à prendre en compte lors de la détermination du modèle à utiliser, car le simple pendule inversé n'est pas pertinent dans l'étude de la posture debout perturbée. Les variations spatiales du centre de pression entre une position couchée et l'élévation successive de l'avant-bras, du bras, de la jambe et de la cuisse permettent alors d'obtenir la masse du segment assumant son centre de rotation (d'après Leva, 1996). ) et son CM (Zatsiorsky et al. 1976). Les « modèles proportionnels » reposent sur le postulat d'une corrélation entre le PIS et les mesures anthropométriques de la population de référence (Zatsiorsky et Seluyanov, 1985).
SYNTHESE & CHOIX DU MODELE
Pour le générer, nous avons adopté le modèle proportionnel de Zatsiorsky et Seluyanov (1985) car la population utilisée pour déterminer leurs équations est proche de la nôtre et d'autre part les ajustements effectués par De Leva permettent d'identifier le CM local directement à partir du joint centres. Le PIS est ensuite implémenté dans le modèle de ressort à masse multi-segmentaire qui est retenu. En résumé, cette étude visait à évaluer et déterminer la pertinence d'une telle modélisation par rapport aux résultats de la partie expérimentale.
EXPERIMENTATION : identification des paramètres
- Démarche
- Population
- Reconstruction 3D et Détermination des PIS
- Construction du modèle
- Paramètres mesurés et calculés
La faisabilité du dosage du PIS avec cette technique a été démontrée, notamment dans la cuisse adulte, par les travaux de Dumas et al. Les sorties étudiées de la simulation de chute sont les déplacements de segments dans le système de coordonnées global (translations et rotations). Nous avons porté une attention particulière à la mobilité du torse et de la tête.
COMPARAISON {Modélisation – Expérimentation}
La tête étant le segment le plus éloigné de la zone d'interférence, elle est également le dernier segment atteint par l'onde se propageant de bas en haut dans le cas d'une plateforme mobile. Pour comparer les données expérimentales et théoriques et évaluer leurs similitudes/différences, nous avons pris en compte la valeur absolue de la différence entre les données cinématiques expérimentales et théoriques. Nous avons alors choisi un critère de 10 mm en translation et 5° en rotation pour déterminer la durée pendant laquelle le mouvement de la tête CM en conditions « réelles » peut être considéré comme coïncidant avec le modèle numérique.
