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Asymétries chronométriques, cinétiques et cinématiques de l'initiation de la marche chez un sujet hémiplégique
Annales de réadaptation et de médecine physique 47 (2004) 611–620 http://france.elsevier.com/direct/ANNRMP/
Article original
Asymétries chronométriques, cinétiques et cinématiques de l’initiation de la marche chez un sujet hémiplégique Temporal, kinetic and kinematic asymmetry in gait initiation in one subject with hemiplegia L. Bensoussan a,*, S. Mesure b, J.M. Viton a, G. Curvale c, A. Delarque a a
Fédération de médecine physique et de réadaptation, faculté de médecine, université de la Méditerranée, assistance publique hôpitaux de Marseille, hôpital de la Timone, 264, rue Saint-Pierre, 13005 Marseille, France b CNRS, 31, chemin Joseph-Aiguier, 13009 Marseille, France c Service de chirurgie orthopédique et traumatologie, faculté de médecine, université de la Méditerranée, assistance publique hôpitaux de Marseille, hôpital de la conception, boulevard Baille, 13005 Marseille, France Reçu le 27 janvier 2004 ; accepté le 27 avril 2004
Résumé Objectifs. – Mettre en évidence les asymétries chronométriques, cinétiques et cinématiques de l’initiation de la marche chez un sujet hémiplégique ayant un pied varus équin. Méthode. – Nous avons réalisé chez un sujet hémiplégique une analyse cinétique, avec deux plateformes de force AMTI® et cinématique, avec un système optoélectronique ELITE® de l’initiation de la marche. Résultats. – Les durées des phases de l’initiation de la marche étaient asymétriques. La phase d’appui monopodale était plus courte en appui sur le membre inférieur hémiplégique qu’en appui sur le côté sain. La propulsion longitudinale était réalisée essentiellement par le membre inférieur sain. La répartition du poids du corps sur les membres inférieurs était asymétrique. Le membre inférieur sain supportait une charge plus importante que l’autre membre inférieur. L’extension maximale de cheville du côté hémiplégique se produisait pendant la phase oscillante. Le passage du pas se faisait en levant le genou plus haut pour éviter l’accrochage du pied. L’attaque du pas était plantigrade. Conclusion. – Cette étude préliminaire a permis de montrer que l’initiation du pas est asymétrique chez le sujet hémiplégique. L’analyse cinématique de l’initiation de la marche chez un sujet hémiplégique n’avait jamais été réalisée dans des études antérieures. L’étude de l’initiation de la marche pourra nous aider à mieux comprendre les stratégies adaptatives de contrôle de la posture et du mouvement chez les sujets hémiplégiques. © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. Abstract Objective. – To investigate the temporal, kinetic and kinematic asymmetry of gait initiation in one subject with hemiplegia with an equinus varus foot. Material and methods. – A kinetic analysis with two AMTI® force plates and a kinematic analysis with an ELITE® optoelectronic system of gait initiation were performed in one subject with hemiplegia. Results. – The duration of the gait initiation phases was asymmetrical. The monopodal phase was shorter when the affected lower limb was supporting than when the healthy one was supporting. The propulsion resulted from the force exerted on the healthy lower limb. The distribution of body weight on the lower limbs was asymmetrical. Body weight support was more important on the healthy side than on the affected side. Maximal extension of the ankle on the hemiplegic side occurred during the swing phase. Ground clearance was increased by elevating the knee higher on the affected side than on the healthy side during the swing phase. Initial contact with the floor was performed with the foot flat on the affected side.
* Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (L. Bensoussan). 0168-6054/$ - see front matter © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.annrmp.2004.04.004
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Conclusion. – This preliminary study has shown that gait initiation in one subject with hemiplegia was asymmetrical in kinetics and kinematics. The results concerning kinematics have not been reported previously for gait initiation in subjects with hemiplegia. The study of gait initiation should allow for better understanding postural and movement control strategies developed by patients with hemiplegia. © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Initiation de la marche ; Hémiplégie ; Cinétique ; Cinématique Keywords: Gait initiation; Hemiplegic; Kinetic; Kinematic
Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) sont fréquents et responsables d’hémiplégies séquellaires. La marche est récupérée dans 80 % des cas chez les sujets survivants mais elle est de qualité variable (allant de la marche autonome à la marche avec une tierce personne) [6]. Le pied varus équin, conséquence de la spasticité et du défaut de commande motrice du membre inférieur hémiplégique, associé au trouble de l’équilibre sont responsables en partie des anomalies de la marche de l’hémiplégique et de son asymétrie [15]. De Quervain et al. [5] ont réalisé une étude cinétique, cinématique et électromyographique de la marche chez 18 patients hémiplégiques. Ils ont pu mettre en évidence des anomalies du schéma de marche concernant les secteurs de mobilités articulaires, la force musculaire, les paramètres temporospatiaux de la marche, le membre inférieur sain compensant les anomalies du schéma de marche du membre inférieur hémiplégique. Différents traitements existent pour lutter contre le pied varus équin : la kinésithérapie, les traitements médicamenteux antispastiques, les injections de toxines botuliques, l’appareillage, la chirurgie fonctionnelle [14]. La chirurgie fonctionnelle du pied varus équin [2] est réalisée dans 2 à 5 % des cas [1]. Peu de données quantifiées nous permettent de valider ces traitements et leur indication. Pour pouvoir analyser ces anomalies de la posture et de la marche, nous avons étudié l’initiation de la marche, étape de coordination posturomotrice, tâche complexe que tout sujet hémiplégique marchant peut réaliser. L’initiation de la marche a déjà été étudiée dans des pathologies asymétriques telle que la gonarthrose [16], la poliomyélite [13] et l’hémiplégie [4,9,11]. On retrouve peu d’études sur l’initiation de la marche chez l’hémiplégique. Cette tâche complexe représente le passage d’un état d’équilibre en station debout bipodale, à un état dynamique, la marche. Les principales études sur l’initiation de la marche chez l’hémiplégique sont celles de Brunt et al. (1995), Hesse et al. (1997) et Kirker et al. (2000). Ces trois études ont analysé les paramètres cinétiques et électromyographiques de l’initiation de la marche chez le sujet hémiplégique. L’analyse quantifiée de l’initiation de la marche chez l’hémiplégique a permis de montrer que le pied varus équin est responsable d’un défaut de propulsion [4], le temps d’appui sur le membre inférieur hémiplégique, la longueur du pas côté hémiplégique et la vitesse de marche sont diminués [9]. Ces auteurs ont décrit l’asymétrie de plusieurs paramètres pendant l’initiation de la marche. Aucune étude n’a couplé l’étude cinétique ou EMG et l’étude cinématique de l’initiation de la marche chez le sujet hémiplégique.
L’objectif de ce travail est d’identifier chez un patient hémiplégique avant chirurgie d’un pied varus équin les asymétries chronométriques, cinétiques et cinématiques, entre côté sain et hémiplégique, lors de l’initiation de la marche. Ce travail préliminaire est destiné à mieux comprendre les relations entre les asymétries chronométriques (durées d’appui), les asymétries cinétiques (forces propulsives, répartition d’appui) et cinématiques (amplitudes articulaires, attaque du pas, passage du pas) lors de l’initiation de la marche de l’hémiplégique. Une étude chronométrique, cinétique et cinématique de l’initiation de la marche étaient donc nécessaires pour mieux comprendre et évaluer les coordinations posturocinétiques chez l’hémiplégique.
1. L’observation Notre sujet était un homme, âgé de 21 ans. Il présentait une hémiplégie droite suite à une rupture d’une malformation artérioveineuse thalamique gauche. Il était gaucher, étudiant et pratiquait des activités sportives (natation handisport, ski). L’histoire de sa maladie avait débuté en mai 1994, à l’âge de 12 ans par une rupture d’une malformation artérioveineuse (MAV) thalamique gauche (Fig. 1). Après un coma de 12 jours, un premier traitement était réalisé en juin 1994 par les radiologues : une embolisation partielle de la MAV. Il avait fait ensuite un séjour d’un an en centre de rééducation à l’issue duquel il allait reprendre la marche en utilisant une orthèse mollet-plante. En juillet 1995, il avait bénéficié d’un complément de traitement par radiochirurgie de la MAV qui avait permis d’obtenir une disparition complète de celle-ci. Par la suite il avait fait quelques séjours en centre de rééducation et avait continué une rééducation à domicile. Les bilans neuro-psychologiques n’avaient pas retrouvé d’atteinte cognitive. Il avait consulté en 2002 avec les souhaits suivants : ne plus porter d’orthèse, pouvoir marcher pieds nus sur terrain accidenté (par exemple sur la plage) et avoir un pied plus « esthétique ». Il mesurait 1 m 67 et pesait 67 kg. Il s’agissait d’un patient hémiplégique droit spastique ayant de bonne capacité fonctionnelle, gêné à la marche par un pied varus équin. Le bilan des déficiences avait mis en évidence à l’examen neurologique un syndrome pyramidal de l’hémicorps droit,
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hypertonie sur le tibial postérieur, le long fléchisseur des orteils et le long extenseur de l’hallux à l’examen sur table. Le bilan des capacités avait mis en évidence une marche rapide et efficace sur terrain plat pieds nus et chaussé. La station monopodale à droite était difficilement tenue. L’analyse de la marche pieds nus retrouvait en phase oscillante : un pied en extension et un varus, un hallux erectus. En phase d’appui, l’attaque du pas se faisait par le bord latéral et l’avant du pied. On visualisait un bref passage en valgus du pied droit lors de la mise en charge. Lorsque le sujet portait son orthèse avec des chaussures de série, en phase oscillante, on avait une disparition de l’extension de cheville. L’arrière pied était mieux stabilisé avec une diminution des phénomènes de varus et de valgus. L’attaque du pas était taligrade. La vitesse confortable de marche était de 1,5 m/s avec son orthèse mollet-plante et des chaussures de série. L’indice de Barthel [12] était à 95/100. La Functionnal Ambulatory Classification [10] était à 5/6. La mesure d’indépendance fonctionnelle [8] était à 124/126. La principale situation de handicap était pour le patient la marche en terrain accidenté ou sur du sable qui était responsable d’une instabilité de cheville. Sa qualité de vie aurait été améliorée si son pied avait eu un aspect plus « esthétique ». Suite aux doléances du patient et après ce bilan clinique détaillé, un avis en consultation pluridisciplinaire (composée d’un chirurgien orthopédiste et de médecins de médecine physique et de réadaptation) avait été donné. La thérapeutique proposée était une chirurgie à type de double arthrodèse de la cheville. Avant cette intervention, une analyse des paramètres cinétiques et cinématiques de l’initiation de la marche avait été réalisée.
2. Analyse chronométrique, cinétique et cinématique de l’initiation de la marche Fig. 1. Imagerie cérébrale par Tomodensitométrie. On peut visualiser l’hématome intracérébral thalamique gauche associé à une inondation des deux ventricules. Angiographie cérébrale : exploration du territoire vertébrobasilaire de profil, visualisation de la malformation artérioveineuse avec le nidus vascularisé par une branche issue de la communicante postérieure.
des anomalies de la sensibilité épicritique et proprioceptive. Il n’y avait pas d’héminégligence dépistée par le test du barrage des cloches [7] (réalisé sans erreur). L’examen articulaire du membre inférieur droit avait retrouvé une flexion de cheville limitée à 0° genou tendu et 10° genou fléchi. Les amplitudes articulaires de l’articulation subtalienne étaient limitées. L’examen debout retrouvait un valgus des deux pieds. Les orteils étaient en griffe. On retrouvait une commande motrice volontaire du tibialis antérieur, du long extenseur de l’hallux et du triceps sural. Il n’y avait pas de commande volontaire du long extenseur et du long fléchisseur des orteils, du tibial postérieur et des fibulaires. La spasticité avait été cotée sur l’échelle d’Ashworth à 3/5 sur le soléaire et à 4/5 sur les gastrocnémiens. On retrouvait aussi une
2.1. Matériel et méthode 2.1.1. Matériel L’analyse cinématique est réalisée avec un système optoélectronique d’analyse du mouvement, le système ELITE® (BTS spa, via inverigo, 2, 20151 Milano, Italie). Nous avons utilisé neuf marqueurs réfléchissants la lumière, autocollants disposés sur : le sacrum, les épines iliaques postérosupérieures, les condyle fémoraux latéraux, les malléoles fibulaires, les têtes des 5e métatarsiens (M5). Les déplacements des marqueurs sont enregistrés par six caméras émettant des flashs infrarouges stroboscopiques à une fréquence de 100 Hz. Les caméras sont disposées face au sujet et derrière le sujet. L’axe des caméras fait un angle de 45° avec le plan frontal. L’analyse cinétique est réalisée par deux plates-formes de force à jauge de contrainte type AMTI® (Advanced Mechanical Technology Inc, 176 Waltham Street, Watertown MA 02472, USA), mesurant 1,5 × 0,46 mètres et placées l’une à
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Fig. 2. 2.a : représentation des phases P1 (posturale), P2 (monopodale) et P3 (double appui) lors de l’initiation de la marche. 2.b : composantes des forces de réaction du sol Fx force transversale, Fy force longitudinale et Fz force verticale.
côté de l’autre. La fréquence d’échantillonnage est de 100 Hz. Toutes ces données sont enregistrées simultanément et synchronisées. 2.1.2. Protocole Le sujet se tient debout un pied sur chaque plate-forme AMTI®, pieds nus. Le sujet doit initier la marche après le signal donné par l’opérateur. On lui demande de marcher à sa vitesse normale. Il n’y a pas de consigne sur la rapidité d’exécution du début de la tâche. Le sujet ne sait pas par quel pied il doit initier la marche. C’est l’opérateur qui lui indique le côté devant initier le pas de façon aléatoire. On réalise dix essais par côté (10 essais gauche et 10 essais droit). Pour que l’essai soit conservé, le pied mobilisé doit atterrir sur la plate-forme de départ (Fig. 2). 2.1.3. Paramètres chronométriques analysés Durées des différentes phases de l’initiation de la marche et durée totale de l’initiation de la marche. L’initiation de la marche est découpée en trois grandes phases : P1 la phase posturale, P2 la phase monopodale et P3 la phase de double appui (Fig. 3). La phase posturale P1 débute à l’instant T1, début du pic de force Fx du côté mobilisé en premier, et se termine à l’instant T2, arrêt de l’enregistrement sur la plateforme du membre inférieur oscillant. La phase monopodale P2 débute à l’instant T2 où il n’y a plus d’enregistrement sur la plate-forme du membre inférieur oscillant jusqu’à l’instant T3 où l’enregistrement reprend sur cette même plate-forme. La phase de double appui P3 débute à l’instant T3, reprise de
l’appui du membre inférieur oscillant sur la plate-forme de force, et se termine à T4, début de la phase oscillante du membre inférieur d’appui avec un arrêt de l’enregistrement sur la plateforme de force. 2.1.4. Paramètres cinétiques analysés Aire sous la courbe Fy (force de réaction du sol horizontale) en phase P1, phase posturale, pour chaque membre inférieur et pour les deux membres inférieurs (force globale) (Fig. 4). Cette aire correspond à une quantité de force exercée pendant un intervalle de temps. Elle est exprimée en Newton. seconde. Si la valeur est positive, il s’agit d’une force propulsive, si la valeur est négative, il s’agit d’une force rétropulsive. Répartition du poids sur chaque membre inférieur avant le début de l’initiation de la marche, avant l’instant T1. Nous avons rapporté la force Fz (force de réaction du sol verticale) à la masse du sujet pour obtenir un pourcentage de répartition du poids du corps sur chaque membre inférieur. 2.1.5. Paramètres cinématiques analysés Secteur de mobilité de la cheville dans le plan sagittal en calculant la différence entre le pic d’extension maximale de cheville et le pic de flexion maximale de cheville. L’angle de la cheville est déterminé par l’angle entre la ligne reliant le marqueur du condyle latéral du genou et la malléole latérale et la ligne reliant le marqueur de la malléole latérale au marqueur du 5e métatarsien. Nous avons déterminé durant quelle phase se produit le pic d’extension maximale et de
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Fig. 3. Détermination des paramètres temporels (temps T1, T2, T3, T4) à partir des données cinétiques des deux plateformes de force en utilisant la courbe de la composante transversale de réaction du sol Fx. La phase posturale P1 débute à l’instant T1, début du pic de force Fx du côté mobilisé en premier, et se termine à l’instant T2, arrêt de l’enregistrement sur la plate-forme du membre inférieur oscillant. La phase monopodale P2 débute à l’instant T2 où il n’y a plus d’enregistrement sur la plate-forme du membre inférieur oscillant jusqu’à l’instant T3 où l’enregistrement reprend sur cette même plate-forme. La phase de double appui P3 débute à l’instant T3, reprise de l’appui du membre inférieur oscillant sur la plate-forme de force, et se termine à T4, début de la phase oscillante du membre inférieur d’appui avec un arrêt de l’enregistrement sur la plateforme de force.
flexion maximale de cheville pour le côté sain et pour le côté hémiplégique.
2.2. Résultats
Passage du pas en mesurant la hauteur maximale dans le plan sagittal, du marqueur positionné en regard du condyle fémoral latéral. La hauteur de référence est la position du genou avant l’initiation de la marche. Ainsi nous avons pu déterminer la hauteur du genou durant la phase oscillante.
2.2.1. Résultats de l’analyse chronométrique Les durées des différentes phases (Tableau 1) des membres inférieurs hémiplégique et sain sont significativement différentes. On a un temps d’appui monopodal sur le membre inférieur hémiplégique réduit par rapport au côté sain. Pour la durée totale de l’initiation de la marche (P1 + P2), on ne note pas de différence significative lorsque l’initiation de la marche est réalisée par le côté sain 1,12 secondes ou le côté hémiplégique 1,1 secondes.
Attaque du pas : la hauteur de référence est la position du marqueur de la malléole et du 5e métatarsien avant l’initiation de la marche. Pour déterminer l’instant de l’attaque au sol du pas, nous avons considéré l’instant où l’on a à nouveau un enregistrement sur la plate-forme de force du côté oscillant (instant T3). Nous avons ensuite mesuré la position des marqueurs de la malléole et du 5e métatarsien à cet instant.
2.1.6. Analyse statistique Nous avons réalisé un test paramétrique, le t-test de Student, après vérification de la normalité des valeurs étudiées. Nous avons comparé les séries de valeurs des différents paramètres étudiés, entre le membre inférieur sain et le membre inférieur hémiplégique. La différence est considérée comme significative pour des valeurs de p < 0,05.
2.2.2. Résultats de l’analyse cinétique La valeur de l’aire sous la courbe Fy (force longitudinale) pendant la phase P1 (Tableau 2) est positive, lorsque le membre inférieur sain est le membre inférieur d’appui ou initiant le pas et quasi nulle voire négative lorsque le membre inférieur hémiplégique est le membre inférieur d’appui ou initiant le pas. Si l’on considère la force globale développée pendant la phase P1 par le côté sain et le côté hémiplégique nous n’avons pas de différence significative en fonction du côté qui initie le pas : 10,8 N.s et 11,8 N.s (p = 0,65). La propulsion est principalement réalisée par le côté sain. La répartition du poids du corps est de 46 % sur le membre inférieur hémiplégique et de 54 % sur le membre inférieur
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Fig. 4. Calcule de l’aire sous la courbe Fy (partie hachurée), composante longitudinale des forces de réaction du sol, pour déterminer les forces propulsive ou rétropulsive pendant la phase P1. Cette aire correspond à une quantité de force exercée pendant un intervalle de temps. Elle est exprimée en Newton.seconde. Si la valeur est positive, il s’agit d’une force propulsive, si la valeur est négative, il s’agit d’une force rétropulsive.
sain. Le minimum de répartition du poids du corps sur le membre inférieur hémiplégique est de 40 % et le maximum de 50 %. 2.2.3. Résultats de l’analyse cinématique Le secteur de mobilité de la talocrurale (Tableau 3) du côté sain et du côté hémiplégique n’est pas significativement différent. Le pic de flexion maximale de la cheville du côté sain (Fig. 5) se situe à 0,08 seconde (ET = 0,03) avant T3, c’est-à-dire avant l’attaque du pas au sol, alors que du côté
hémiplégique (Fig. 5), le pic de flexion maximale de la cheville se situe 0,14 seconde (ET = 0,11) après T3, c’est-àdire lors de l’appui au sol. Le pic d’extension maximale de la cheville du côté sain (Fig. 5) se situe 0,01 seconde (ET = 0,01) avant T2, c’est-à-dire avant le décollement du pied du sol. Le pic d’extension maximale de la cheville du côté hémiplégique (Fig. 5) se situe 0,1 seconde (ET = 0,03) après T2 pendant la phase oscillante. Le sujet lève (Tableau 3) significativement plus haut (p = 0,003) son genou côté hémiplégique. On peut supposer
Tableau 1 Analyse chronométrique des différentes phases de l’initiation de la marche. Durées des différentes phases de l’initiation du pas P1 (phase posturale), P2 (phase monopodale) et P3 (phase de double appui) décrites en fonction du membre qui va être en appui. On a un temps d’appui monopodal sur le membre inférieur hémiplégique réduit par rapport au côté sain. Les durées des phases P1 et P3 sont aussi asymétriques Durée P1 en sec Durée P2 en sec Durée P3 en sec Valeurs moyennes. (Écart-type) a
degré de significativité
Appui côté hémiplégique 0,71 a (0,1) 0,42 a (0,08) 0,27 a (0,02)
Appui côté sain 0,58 a (0,11) 0,52 a (0,04) 0,16 a (0,03)
Différence statistique p = 0,042 p = 0,003 p = 0,001
L. Bensoussan et al. / Annales de réadaptation et de médecine physique 47 (2004) 611–620 Tableau 2 Force longitudinale Fy (en Newton.seconde). Aire sous la courbe Fy correspondant à une force propulsive si positive et rétropulsive si négative. La valeur de l’aire sous la courbe Fy pendant la phase P1 est positive, lorsque le membre inférieur sain est le membre inférieur d’appui ou initiant le pas et quasi nulle voire négative lorsque le membre inférieur hémiplégique est le membre inférieur d’appui ou initiant le pas Mesure de l’aire sous la courbe Fy en P1 Membre inférieur sain Membre inférieur hémiplégique
Membre d’appui 10,8 N.s (2,4) –0,8 N.s (2,3)
Membre initiant le pas 12,6 N.s (3,5) 0,04 N.s (1,3)
Valeurs moyennes. (Écart-type)
que le sujet lève plus haut son genou côté hémiplégique pour éviter l’accrochage de la pointe du pied (Fig. 6). La hauteur du marqueur de la tête du 5e métatarsien (M5) lors de l’arrivée au sol du membre inférieur hémiplégique (Tableau 3) est significativement différente (p < 0,001) du côté sain. La hauteur du marqueur de la malléole lors de l’arrivée au sol du côté hémiplégique n’est pas significativement différente (p = 0,069) du côté sain. Du côté hémiplégique lors de l’arrivée du pied au sol, l’attaque se fait pied à plat (Fig. 7) puisque M5 et la malléole sont revenus à leur position initiale au moment où l’appui est repris. Du côté sain, lors de l’arrivée au sol, M5 est à 2 cm du sol alors que la malléole est revenue à sa position initiale. L’attaque du pas se fait par le talon et l’avant pied est relevé (Fig. 7). 2.3. Discussion L’objectif de ce travail est d’identifier chez un patient hémiplégique porteur d’un pied varus équin les asymétries chronométriques, cinétiques et cinématiques, entre côté sain et hémiplégique, lors de l’initiation de la marche. L’étude cinématique est une des originalités de notre travail puisque aucune étude cinématique, à notre connaissance, n’a été réalisée sur l’initiation de la marche chez le Tableau 3 Récapitulatif des différents résultats obtenus en cinématique. Le secteur de mobilité de l’articulation de cheville global est identique du côté sain et du côté hémiplégique. Le passage du pas est asymétrique avec un genou qui est levé plus haut du côté hémiplégique par rapport au côté sain. L’attaque du pas se fait pied à plat du côté hémiplégique puisque le marqueur du 5e métatarsien et de la malléole sont revenus à leur position initiale au moment où l’appui est repris. L’attaque du pas se fait par le talon du côté sain puisque le marqueur du 5e métatarsien est à 2 cm du sol alors que la malléole est revenue à sa position initiale au moment où l’appui est repris Secteur de mobilité de l’articulation de cheville Secteur de mobilité (en degré) Passage du pas Côté Sain Hauteur du genou 41 a (5,2) (en mm) Attaque du pas Côté Sain Hauteur de M5 21,6 a (7,7) (en mm) Hauteur de la malléole 5,6 (2,4) (en mm) Valeurs moyennes. (écart-type) a
degré de significativité
Côté Sain
Côté Hémiplégique 32 (4,94) 35 (2,79) Côté Hémiplégique 58 a (9,8) Côté Hémiplégique –1,7 a (3,1) 3,8 (1,8)
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sujet hémiplégique. Elle nous a permis de mettre en évidence une asymétrie pour les instants où la cheville est en extension ou en flexion maximale. Du côté sain, l’extension maximale se produit en fin de phase posturale, P1, juste avant la phase oscillante. Cette extension maximale du côté sain peut permettre d’obtenir une propulsion maximale pour compenser le déficit de propulsion du côté hémiplégique. Du côté hémiplégique, l’extension maximale se produit pendant la phase oscillante, conséquence probable de la spasticité du triceps sural. Le secteur de mobilité global est identique du côté sain et du côté hémiplégique. Cependant, du côté hémiplégique ce secteur global se situe dans l’extension de cheville avec une absence de flexion de cheville. Le passage du pas est asymétrique avec un genou qui est levé plus haut du côté hémiplégique. Le genou est levé plus haut pour éviter l’accrochage du pied. L’attaque du pas est asymétrique avec une attaque par le talon côté sain et pied à plat côté hémiplégique. C’est une des conséquences du pied varus équin. Du fait de la spasticité du triceps sural, les releveurs de pied deviennent inefficaces et l’attaque du pas se fait pied à plat. On peut penser que cette nécessité de monter le genou plus haut entraîne probablement une consommation d’énergie plus élevée. Tous ces éléments n’avaient pas été rapportés dans des études antérieures. Les résultats cinématiques seront à confirmer sur un nombre plus important de sujets mais ils reflètent bien l’aspect clinique que nous avons du sujet hémiplégique avec une quantification précise des données. La répartition du poids du corps et le transfert du poids du corps du membre inférieur sain sur le membre inférieur hémiplégique sont asymétriques. L’étude posturale a montré une asymétrie de répartition du poids du corps (46 % côté hémiplégique et 54 % côté sain). Cela correspond aux données retrouvées dans la littérature [4]. Elle est plus importante sur le membre inférieur sain avant l’initiation de la marche. Cette anomalie de répartition du poids du corps rend plus difficile durant la phase posturale le transfert du poids du corps du membre inférieur sain vers le membre inférieur parétique selon Brunt et al. [4]. Nos résultats vont dans ce sens puisque la phase posturale P1 est plus longue lorsque la marche est initiée par le côté sain chez notre sujet. Un dernier élément va dans le sens de l’allongement de la durée de la phase posturale. Kirker et al. (2000) ont étudié l’activité électromyographique des adducteurs et abducteurs de hanche dans une population d’hémiplégiques durant l’initiation de la marche. Ils ont mis en évidence un allongement du temps de réponse des muscles parétiques pendant l’initiation de la marche lors du transfert du poids du corps sur le membre inférieur d’appui. Cela peut être un élément supplémentaire expliquant l’allongement de la durée de la phase posturale. D’autres hypothèses sont envisageables. La phase P1 est plus longue, le membre inférieur sain propulse pendant un temps plus long et ceci compense le déficit de propulsion du membre inférieur hémiplégique. L’équilibre précaire sur le membre inférieur hémiplégique peut rendre le temps de transfert vers le membre inférieur hémiplégique
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Fig. 5. Schématisation des extensions et flexion maximales de cheville en fonction des instants T1, T2, T3, T4. Les amplitudes maximales d’extension et flexion de cheville se situent à des temps différents du cycle de l’initiation de la marche selon que l’on étudie le côté sain ou le côté hémiplégique. Côté sain : extension maximale avant T2, flexion maximale avant T3; côté hémiplégique : extension maximale après T2, flexion maximale après T3 voire T4.
plus long. Le passage en appui sur le membre inférieur hémiplégique peut être allongé à cause des processus attentionnels nécessaires à cette tâche. Toutes ces hypothèses restent cependant à confirmer. Le temps d’appui monopodal est asymétrique [9]. L’étude chronométrique a permis de mettre en évidence un temps d’appui monopodal plus court côté hémiplégique lorsque la marche est initiée par le côté sain (phase d’appui monopodal côté sain 0,52 sec et 0,42 sec côté hémiplégique). Le temps d’appui sur le membre inférieur parétique est diminué car ce membre inférieur est instable et peu sûr. Hesse et al. (1997) ont étudié les paramètres cinétiques de l’initiation de la marche chez des sujets hémiplégiques et des sujets sains. Ils
ont pu montrer que la phase d’appui monopodal est plus courte quand la marche est initiée par le côté sain. Le sujet hémiplégique raccourcit le temps d’appui sur membre inférieur parétique durant l’oscillation du côté sain. L’étude cinétique retrouve une anomalie de propulsion chez notre sujet avec une force longitudinale Fy nulle, voire négative, du côté hémiplégique lors de l’initiation de la marche. Cette force est assimilable à une force rétropulsive. On peut l’expliquer par l’absence de chute en avant. En effet, chez le sujet sain lors de l’initiation de la marche et durant la phase P1, le triceps sural est inactivé alors que le muscle tibial antérieur se contracte provoquant la chute vers l’avant, une accélération du centre de gravité et une force propulsive
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Fig. 6. Hauteur du genou asymétrique. Lors de la phase oscillante, le genou monte plus haut côté hémiplégique par rapport au côté sain.
[3]. Chez le sujet hémiplégique, le triceps sural est spastique et il rend le tibial antérieur inefficace. Le phénomène de chute vers l’avant est donc altéré. La propulsion est donc asymétrique chez le sujet hémiplégique. Brunt et al. (1995) ont montré que la propulsion est altérée du côté hémiplégique lors de l’initiation de la marche en appui sur le membre inférieur valide. La force propulsive Fy est négative du côté parétique. Cette force négative (force rétropulsive) est corrélée à un Tibial antérieur inefficace et à la flexion plantaire de la cheville due au varus-équin [4]. L’évaluation des sujets hémiplégiques devant bénéficier d’un traitement de leur pied varus équin est importante car elle permet de quantifier les anomalies de la marche du sujet
hémiplégique et de vérifier la correction de ces anomalies par la thérapeutique effectuée. La chirurgie fonctionnelle du pied varus équin chez le sujet hémiplégique est rare (2 à 5 % des sujets hémiplégiques). Le nombre de sujet pouvant être étudié est donc limité. Dans notre cas, nous aurons besoin de recul, au moins un an après l’intervention, et d’un plus grand nombre de sujets pour évaluer les modifications de l’initiation de la marche engendrée par une double arthrodèse chirurgicale de l’articulation de cheville. En effet, cette étude préliminaire ne concerne qu’un sujet jeune et gaucher, ce qui est partiellement représentatif de la population hémiplégique. Cette étude permet de valider une méthodologie qui devra être appliquée sur un plus grand nombre de patient et
Fig. 7. Attaque du pas au sol côté sain et côté hémiplégique. Du côté sain, lors de l’arrivée au sol, le marqueur du 5e métatarsien est à 2 cm du sol alors que le marqueur de la mallèole est revenue à sa position initiale. L’attaque du pas se fait par le talon et l’avant pied est relevé. Du côté hémiplégique lors de l’arrivée du pied au sol, l’attaque se fait pied à plat, le marqueur du 5e métatarsien et de la malléole sont revenus à leur position initiale au moment où l’appui est repris.
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comparé à des sujets sains. L’inclusion d’un nombre plus important de patient permettra de valider les résultats préliminaires enregistrés dans cette étude. Un enregistrement EMG aurait pu nous renseigner sur l’activité des muscles triceps sural et tibial antérieur au cours de l’initiation de la marche et nous aurait permis de faire des corrélations avec les données cinétiques et cinématiques. L’EMG a déjà été étudié dans des études antérieures à l’inverse de la cinématique qui ne l’a jamais été.
[3] [4]
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[7]
3. Conclusion [8]
L’initiation de la marche est asymétrique chez le sujet hémiplégique. Cette étude préliminaire a montré du côté hémiplégique une propulsion nulle voire négative, une répartition du poids du corps asymétrique aux dépens du côté hémiplégique, un temps d’appui monopodal raccourci, une attaque du pas pied à plat. Tous ces phénomènes sont liés en partie au pied varus équin, à la spasticité du triceps sural, à l’instabilité du membre inférieur hémiplégique. L’étude de l’initiation de la marche pourra nous aider à mieux comprendre les stratégies adaptatives de contrôle de la posture et du mouvement chez les sujets hémiplégiques. L’étude de l’initiation de la marche du sujet hémiplégique après traitement par chirurgie fonctionnelle du pied varus équin nous permettra d’évaluer ce type de traitement et de mieux en comprendre ces effets.
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Article original
Asymétries chronométriques, cinétiques et cinématiques de l’initiation de la marche chez un sujet hémiplégique Temporal, kinetic and kinematic asymmetry in gait initiation in one subject with hemiplegia L. Bensoussan a,*, S. Mesure b, J.M. Viton a, G. Curvale c, A. Delarque a a
Fédération de médecine physique et de réadaptation, faculté de médecine, université de la Méditerranée, assistance publique hôpitaux de Marseille, hôpital de la Timone, 264, rue Saint-Pierre, 13005 Marseille, France b CNRS, 31, chemin Joseph-Aiguier, 13009 Marseille, France c Service de chirurgie orthopédique et traumatologie, faculté de médecine, université de la Méditerranée, assistance publique hôpitaux de Marseille, hôpital de la conception, boulevard Baille, 13005 Marseille, France Reçu le 27 janvier 2004 ; accepté le 27 avril 2004
Résumé Objectifs. – Mettre en évidence les asymétries chronométriques, cinétiques et cinématiques de l’initiation de la marche chez un sujet hémiplégique ayant un pied varus équin. Méthode. – Nous avons réalisé chez un sujet hémiplégique une analyse cinétique, avec deux plateformes de force AMTI® et cinématique, avec un système optoélectronique ELITE® de l’initiation de la marche. Résultats. – Les durées des phases de l’initiation de la marche étaient asymétriques. La phase d’appui monopodale était plus courte en appui sur le membre inférieur hémiplégique qu’en appui sur le côté sain. La propulsion longitudinale était réalisée essentiellement par le membre inférieur sain. La répartition du poids du corps sur les membres inférieurs était asymétrique. Le membre inférieur sain supportait une charge plus importante que l’autre membre inférieur. L’extension maximale de cheville du côté hémiplégique se produisait pendant la phase oscillante. Le passage du pas se faisait en levant le genou plus haut pour éviter l’accrochage du pied. L’attaque du pas était plantigrade. Conclusion. – Cette étude préliminaire a permis de montrer que l’initiation du pas est asymétrique chez le sujet hémiplégique. L’analyse cinématique de l’initiation de la marche chez un sujet hémiplégique n’avait jamais été réalisée dans des études antérieures. L’étude de l’initiation de la marche pourra nous aider à mieux comprendre les stratégies adaptatives de contrôle de la posture et du mouvement chez les sujets hémiplégiques. © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. Abstract Objective. – To investigate the temporal, kinetic and kinematic asymmetry of gait initiation in one subject with hemiplegia with an equinus varus foot. Material and methods. – A kinetic analysis with two AMTI® force plates and a kinematic analysis with an ELITE® optoelectronic system of gait initiation were performed in one subject with hemiplegia. Results. – The duration of the gait initiation phases was asymmetrical. The monopodal phase was shorter when the affected lower limb was supporting than when the healthy one was supporting. The propulsion resulted from the force exerted on the healthy lower limb. The distribution of body weight on the lower limbs was asymmetrical. Body weight support was more important on the healthy side than on the affected side. Maximal extension of the ankle on the hemiplegic side occurred during the swing phase. Ground clearance was increased by elevating the knee higher on the affected side than on the healthy side during the swing phase. Initial contact with the floor was performed with the foot flat on the affected side.
* Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (L. Bensoussan). 0168-6054/$ - see front matter © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.annrmp.2004.04.004
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Conclusion. – This preliminary study has shown that gait initiation in one subject with hemiplegia was asymmetrical in kinetics and kinematics. The results concerning kinematics have not been reported previously for gait initiation in subjects with hemiplegia. The study of gait initiation should allow for better understanding postural and movement control strategies developed by patients with hemiplegia. © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Initiation de la marche ; Hémiplégie ; Cinétique ; Cinématique Keywords: Gait initiation; Hemiplegic; Kinetic; Kinematic
Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) sont fréquents et responsables d’hémiplégies séquellaires. La marche est récupérée dans 80 % des cas chez les sujets survivants mais elle est de qualité variable (allant de la marche autonome à la marche avec une tierce personne) [6]. Le pied varus équin, conséquence de la spasticité et du défaut de commande motrice du membre inférieur hémiplégique, associé au trouble de l’équilibre sont responsables en partie des anomalies de la marche de l’hémiplégique et de son asymétrie [15]. De Quervain et al. [5] ont réalisé une étude cinétique, cinématique et électromyographique de la marche chez 18 patients hémiplégiques. Ils ont pu mettre en évidence des anomalies du schéma de marche concernant les secteurs de mobilités articulaires, la force musculaire, les paramètres temporospatiaux de la marche, le membre inférieur sain compensant les anomalies du schéma de marche du membre inférieur hémiplégique. Différents traitements existent pour lutter contre le pied varus équin : la kinésithérapie, les traitements médicamenteux antispastiques, les injections de toxines botuliques, l’appareillage, la chirurgie fonctionnelle [14]. La chirurgie fonctionnelle du pied varus équin [2] est réalisée dans 2 à 5 % des cas [1]. Peu de données quantifiées nous permettent de valider ces traitements et leur indication. Pour pouvoir analyser ces anomalies de la posture et de la marche, nous avons étudié l’initiation de la marche, étape de coordination posturomotrice, tâche complexe que tout sujet hémiplégique marchant peut réaliser. L’initiation de la marche a déjà été étudiée dans des pathologies asymétriques telle que la gonarthrose [16], la poliomyélite [13] et l’hémiplégie [4,9,11]. On retrouve peu d’études sur l’initiation de la marche chez l’hémiplégique. Cette tâche complexe représente le passage d’un état d’équilibre en station debout bipodale, à un état dynamique, la marche. Les principales études sur l’initiation de la marche chez l’hémiplégique sont celles de Brunt et al. (1995), Hesse et al. (1997) et Kirker et al. (2000). Ces trois études ont analysé les paramètres cinétiques et électromyographiques de l’initiation de la marche chez le sujet hémiplégique. L’analyse quantifiée de l’initiation de la marche chez l’hémiplégique a permis de montrer que le pied varus équin est responsable d’un défaut de propulsion [4], le temps d’appui sur le membre inférieur hémiplégique, la longueur du pas côté hémiplégique et la vitesse de marche sont diminués [9]. Ces auteurs ont décrit l’asymétrie de plusieurs paramètres pendant l’initiation de la marche. Aucune étude n’a couplé l’étude cinétique ou EMG et l’étude cinématique de l’initiation de la marche chez le sujet hémiplégique.
L’objectif de ce travail est d’identifier chez un patient hémiplégique avant chirurgie d’un pied varus équin les asymétries chronométriques, cinétiques et cinématiques, entre côté sain et hémiplégique, lors de l’initiation de la marche. Ce travail préliminaire est destiné à mieux comprendre les relations entre les asymétries chronométriques (durées d’appui), les asymétries cinétiques (forces propulsives, répartition d’appui) et cinématiques (amplitudes articulaires, attaque du pas, passage du pas) lors de l’initiation de la marche de l’hémiplégique. Une étude chronométrique, cinétique et cinématique de l’initiation de la marche étaient donc nécessaires pour mieux comprendre et évaluer les coordinations posturocinétiques chez l’hémiplégique.
1. L’observation Notre sujet était un homme, âgé de 21 ans. Il présentait une hémiplégie droite suite à une rupture d’une malformation artérioveineuse thalamique gauche. Il était gaucher, étudiant et pratiquait des activités sportives (natation handisport, ski). L’histoire de sa maladie avait débuté en mai 1994, à l’âge de 12 ans par une rupture d’une malformation artérioveineuse (MAV) thalamique gauche (Fig. 1). Après un coma de 12 jours, un premier traitement était réalisé en juin 1994 par les radiologues : une embolisation partielle de la MAV. Il avait fait ensuite un séjour d’un an en centre de rééducation à l’issue duquel il allait reprendre la marche en utilisant une orthèse mollet-plante. En juillet 1995, il avait bénéficié d’un complément de traitement par radiochirurgie de la MAV qui avait permis d’obtenir une disparition complète de celle-ci. Par la suite il avait fait quelques séjours en centre de rééducation et avait continué une rééducation à domicile. Les bilans neuro-psychologiques n’avaient pas retrouvé d’atteinte cognitive. Il avait consulté en 2002 avec les souhaits suivants : ne plus porter d’orthèse, pouvoir marcher pieds nus sur terrain accidenté (par exemple sur la plage) et avoir un pied plus « esthétique ». Il mesurait 1 m 67 et pesait 67 kg. Il s’agissait d’un patient hémiplégique droit spastique ayant de bonne capacité fonctionnelle, gêné à la marche par un pied varus équin. Le bilan des déficiences avait mis en évidence à l’examen neurologique un syndrome pyramidal de l’hémicorps droit,
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hypertonie sur le tibial postérieur, le long fléchisseur des orteils et le long extenseur de l’hallux à l’examen sur table. Le bilan des capacités avait mis en évidence une marche rapide et efficace sur terrain plat pieds nus et chaussé. La station monopodale à droite était difficilement tenue. L’analyse de la marche pieds nus retrouvait en phase oscillante : un pied en extension et un varus, un hallux erectus. En phase d’appui, l’attaque du pas se faisait par le bord latéral et l’avant du pied. On visualisait un bref passage en valgus du pied droit lors de la mise en charge. Lorsque le sujet portait son orthèse avec des chaussures de série, en phase oscillante, on avait une disparition de l’extension de cheville. L’arrière pied était mieux stabilisé avec une diminution des phénomènes de varus et de valgus. L’attaque du pas était taligrade. La vitesse confortable de marche était de 1,5 m/s avec son orthèse mollet-plante et des chaussures de série. L’indice de Barthel [12] était à 95/100. La Functionnal Ambulatory Classification [10] était à 5/6. La mesure d’indépendance fonctionnelle [8] était à 124/126. La principale situation de handicap était pour le patient la marche en terrain accidenté ou sur du sable qui était responsable d’une instabilité de cheville. Sa qualité de vie aurait été améliorée si son pied avait eu un aspect plus « esthétique ». Suite aux doléances du patient et après ce bilan clinique détaillé, un avis en consultation pluridisciplinaire (composée d’un chirurgien orthopédiste et de médecins de médecine physique et de réadaptation) avait été donné. La thérapeutique proposée était une chirurgie à type de double arthrodèse de la cheville. Avant cette intervention, une analyse des paramètres cinétiques et cinématiques de l’initiation de la marche avait été réalisée.
2. Analyse chronométrique, cinétique et cinématique de l’initiation de la marche Fig. 1. Imagerie cérébrale par Tomodensitométrie. On peut visualiser l’hématome intracérébral thalamique gauche associé à une inondation des deux ventricules. Angiographie cérébrale : exploration du territoire vertébrobasilaire de profil, visualisation de la malformation artérioveineuse avec le nidus vascularisé par une branche issue de la communicante postérieure.
des anomalies de la sensibilité épicritique et proprioceptive. Il n’y avait pas d’héminégligence dépistée par le test du barrage des cloches [7] (réalisé sans erreur). L’examen articulaire du membre inférieur droit avait retrouvé une flexion de cheville limitée à 0° genou tendu et 10° genou fléchi. Les amplitudes articulaires de l’articulation subtalienne étaient limitées. L’examen debout retrouvait un valgus des deux pieds. Les orteils étaient en griffe. On retrouvait une commande motrice volontaire du tibialis antérieur, du long extenseur de l’hallux et du triceps sural. Il n’y avait pas de commande volontaire du long extenseur et du long fléchisseur des orteils, du tibial postérieur et des fibulaires. La spasticité avait été cotée sur l’échelle d’Ashworth à 3/5 sur le soléaire et à 4/5 sur les gastrocnémiens. On retrouvait aussi une
2.1. Matériel et méthode 2.1.1. Matériel L’analyse cinématique est réalisée avec un système optoélectronique d’analyse du mouvement, le système ELITE® (BTS spa, via inverigo, 2, 20151 Milano, Italie). Nous avons utilisé neuf marqueurs réfléchissants la lumière, autocollants disposés sur : le sacrum, les épines iliaques postérosupérieures, les condyle fémoraux latéraux, les malléoles fibulaires, les têtes des 5e métatarsiens (M5). Les déplacements des marqueurs sont enregistrés par six caméras émettant des flashs infrarouges stroboscopiques à une fréquence de 100 Hz. Les caméras sont disposées face au sujet et derrière le sujet. L’axe des caméras fait un angle de 45° avec le plan frontal. L’analyse cinétique est réalisée par deux plates-formes de force à jauge de contrainte type AMTI® (Advanced Mechanical Technology Inc, 176 Waltham Street, Watertown MA 02472, USA), mesurant 1,5 × 0,46 mètres et placées l’une à
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Fig. 2. 2.a : représentation des phases P1 (posturale), P2 (monopodale) et P3 (double appui) lors de l’initiation de la marche. 2.b : composantes des forces de réaction du sol Fx force transversale, Fy force longitudinale et Fz force verticale.
côté de l’autre. La fréquence d’échantillonnage est de 100 Hz. Toutes ces données sont enregistrées simultanément et synchronisées. 2.1.2. Protocole Le sujet se tient debout un pied sur chaque plate-forme AMTI®, pieds nus. Le sujet doit initier la marche après le signal donné par l’opérateur. On lui demande de marcher à sa vitesse normale. Il n’y a pas de consigne sur la rapidité d’exécution du début de la tâche. Le sujet ne sait pas par quel pied il doit initier la marche. C’est l’opérateur qui lui indique le côté devant initier le pas de façon aléatoire. On réalise dix essais par côté (10 essais gauche et 10 essais droit). Pour que l’essai soit conservé, le pied mobilisé doit atterrir sur la plate-forme de départ (Fig. 2). 2.1.3. Paramètres chronométriques analysés Durées des différentes phases de l’initiation de la marche et durée totale de l’initiation de la marche. L’initiation de la marche est découpée en trois grandes phases : P1 la phase posturale, P2 la phase monopodale et P3 la phase de double appui (Fig. 3). La phase posturale P1 débute à l’instant T1, début du pic de force Fx du côté mobilisé en premier, et se termine à l’instant T2, arrêt de l’enregistrement sur la plateforme du membre inférieur oscillant. La phase monopodale P2 débute à l’instant T2 où il n’y a plus d’enregistrement sur la plate-forme du membre inférieur oscillant jusqu’à l’instant T3 où l’enregistrement reprend sur cette même plate-forme. La phase de double appui P3 débute à l’instant T3, reprise de
l’appui du membre inférieur oscillant sur la plate-forme de force, et se termine à T4, début de la phase oscillante du membre inférieur d’appui avec un arrêt de l’enregistrement sur la plateforme de force. 2.1.4. Paramètres cinétiques analysés Aire sous la courbe Fy (force de réaction du sol horizontale) en phase P1, phase posturale, pour chaque membre inférieur et pour les deux membres inférieurs (force globale) (Fig. 4). Cette aire correspond à une quantité de force exercée pendant un intervalle de temps. Elle est exprimée en Newton. seconde. Si la valeur est positive, il s’agit d’une force propulsive, si la valeur est négative, il s’agit d’une force rétropulsive. Répartition du poids sur chaque membre inférieur avant le début de l’initiation de la marche, avant l’instant T1. Nous avons rapporté la force Fz (force de réaction du sol verticale) à la masse du sujet pour obtenir un pourcentage de répartition du poids du corps sur chaque membre inférieur. 2.1.5. Paramètres cinématiques analysés Secteur de mobilité de la cheville dans le plan sagittal en calculant la différence entre le pic d’extension maximale de cheville et le pic de flexion maximale de cheville. L’angle de la cheville est déterminé par l’angle entre la ligne reliant le marqueur du condyle latéral du genou et la malléole latérale et la ligne reliant le marqueur de la malléole latérale au marqueur du 5e métatarsien. Nous avons déterminé durant quelle phase se produit le pic d’extension maximale et de
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Fig. 3. Détermination des paramètres temporels (temps T1, T2, T3, T4) à partir des données cinétiques des deux plateformes de force en utilisant la courbe de la composante transversale de réaction du sol Fx. La phase posturale P1 débute à l’instant T1, début du pic de force Fx du côté mobilisé en premier, et se termine à l’instant T2, arrêt de l’enregistrement sur la plate-forme du membre inférieur oscillant. La phase monopodale P2 débute à l’instant T2 où il n’y a plus d’enregistrement sur la plate-forme du membre inférieur oscillant jusqu’à l’instant T3 où l’enregistrement reprend sur cette même plate-forme. La phase de double appui P3 débute à l’instant T3, reprise de l’appui du membre inférieur oscillant sur la plate-forme de force, et se termine à T4, début de la phase oscillante du membre inférieur d’appui avec un arrêt de l’enregistrement sur la plateforme de force.
flexion maximale de cheville pour le côté sain et pour le côté hémiplégique.
2.2. Résultats
Passage du pas en mesurant la hauteur maximale dans le plan sagittal, du marqueur positionné en regard du condyle fémoral latéral. La hauteur de référence est la position du genou avant l’initiation de la marche. Ainsi nous avons pu déterminer la hauteur du genou durant la phase oscillante.
2.2.1. Résultats de l’analyse chronométrique Les durées des différentes phases (Tableau 1) des membres inférieurs hémiplégique et sain sont significativement différentes. On a un temps d’appui monopodal sur le membre inférieur hémiplégique réduit par rapport au côté sain. Pour la durée totale de l’initiation de la marche (P1 + P2), on ne note pas de différence significative lorsque l’initiation de la marche est réalisée par le côté sain 1,12 secondes ou le côté hémiplégique 1,1 secondes.
Attaque du pas : la hauteur de référence est la position du marqueur de la malléole et du 5e métatarsien avant l’initiation de la marche. Pour déterminer l’instant de l’attaque au sol du pas, nous avons considéré l’instant où l’on a à nouveau un enregistrement sur la plate-forme de force du côté oscillant (instant T3). Nous avons ensuite mesuré la position des marqueurs de la malléole et du 5e métatarsien à cet instant.
2.1.6. Analyse statistique Nous avons réalisé un test paramétrique, le t-test de Student, après vérification de la normalité des valeurs étudiées. Nous avons comparé les séries de valeurs des différents paramètres étudiés, entre le membre inférieur sain et le membre inférieur hémiplégique. La différence est considérée comme significative pour des valeurs de p < 0,05.
2.2.2. Résultats de l’analyse cinétique La valeur de l’aire sous la courbe Fy (force longitudinale) pendant la phase P1 (Tableau 2) est positive, lorsque le membre inférieur sain est le membre inférieur d’appui ou initiant le pas et quasi nulle voire négative lorsque le membre inférieur hémiplégique est le membre inférieur d’appui ou initiant le pas. Si l’on considère la force globale développée pendant la phase P1 par le côté sain et le côté hémiplégique nous n’avons pas de différence significative en fonction du côté qui initie le pas : 10,8 N.s et 11,8 N.s (p = 0,65). La propulsion est principalement réalisée par le côté sain. La répartition du poids du corps est de 46 % sur le membre inférieur hémiplégique et de 54 % sur le membre inférieur
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Fig. 4. Calcule de l’aire sous la courbe Fy (partie hachurée), composante longitudinale des forces de réaction du sol, pour déterminer les forces propulsive ou rétropulsive pendant la phase P1. Cette aire correspond à une quantité de force exercée pendant un intervalle de temps. Elle est exprimée en Newton.seconde. Si la valeur est positive, il s’agit d’une force propulsive, si la valeur est négative, il s’agit d’une force rétropulsive.
sain. Le minimum de répartition du poids du corps sur le membre inférieur hémiplégique est de 40 % et le maximum de 50 %. 2.2.3. Résultats de l’analyse cinématique Le secteur de mobilité de la talocrurale (Tableau 3) du côté sain et du côté hémiplégique n’est pas significativement différent. Le pic de flexion maximale de la cheville du côté sain (Fig. 5) se situe à 0,08 seconde (ET = 0,03) avant T3, c’est-à-dire avant l’attaque du pas au sol, alors que du côté
hémiplégique (Fig. 5), le pic de flexion maximale de la cheville se situe 0,14 seconde (ET = 0,11) après T3, c’est-àdire lors de l’appui au sol. Le pic d’extension maximale de la cheville du côté sain (Fig. 5) se situe 0,01 seconde (ET = 0,01) avant T2, c’est-à-dire avant le décollement du pied du sol. Le pic d’extension maximale de la cheville du côté hémiplégique (Fig. 5) se situe 0,1 seconde (ET = 0,03) après T2 pendant la phase oscillante. Le sujet lève (Tableau 3) significativement plus haut (p = 0,003) son genou côté hémiplégique. On peut supposer
Tableau 1 Analyse chronométrique des différentes phases de l’initiation de la marche. Durées des différentes phases de l’initiation du pas P1 (phase posturale), P2 (phase monopodale) et P3 (phase de double appui) décrites en fonction du membre qui va être en appui. On a un temps d’appui monopodal sur le membre inférieur hémiplégique réduit par rapport au côté sain. Les durées des phases P1 et P3 sont aussi asymétriques Durée P1 en sec Durée P2 en sec Durée P3 en sec Valeurs moyennes. (Écart-type) a
degré de significativité
Appui côté hémiplégique 0,71 a (0,1) 0,42 a (0,08) 0,27 a (0,02)
Appui côté sain 0,58 a (0,11) 0,52 a (0,04) 0,16 a (0,03)
Différence statistique p = 0,042 p = 0,003 p = 0,001
L. Bensoussan et al. / Annales de réadaptation et de médecine physique 47 (2004) 611–620 Tableau 2 Force longitudinale Fy (en Newton.seconde). Aire sous la courbe Fy correspondant à une force propulsive si positive et rétropulsive si négative. La valeur de l’aire sous la courbe Fy pendant la phase P1 est positive, lorsque le membre inférieur sain est le membre inférieur d’appui ou initiant le pas et quasi nulle voire négative lorsque le membre inférieur hémiplégique est le membre inférieur d’appui ou initiant le pas Mesure de l’aire sous la courbe Fy en P1 Membre inférieur sain Membre inférieur hémiplégique
Membre d’appui 10,8 N.s (2,4) –0,8 N.s (2,3)
Membre initiant le pas 12,6 N.s (3,5) 0,04 N.s (1,3)
Valeurs moyennes. (Écart-type)
que le sujet lève plus haut son genou côté hémiplégique pour éviter l’accrochage de la pointe du pied (Fig. 6). La hauteur du marqueur de la tête du 5e métatarsien (M5) lors de l’arrivée au sol du membre inférieur hémiplégique (Tableau 3) est significativement différente (p < 0,001) du côté sain. La hauteur du marqueur de la malléole lors de l’arrivée au sol du côté hémiplégique n’est pas significativement différente (p = 0,069) du côté sain. Du côté hémiplégique lors de l’arrivée du pied au sol, l’attaque se fait pied à plat (Fig. 7) puisque M5 et la malléole sont revenus à leur position initiale au moment où l’appui est repris. Du côté sain, lors de l’arrivée au sol, M5 est à 2 cm du sol alors que la malléole est revenue à sa position initiale. L’attaque du pas se fait par le talon et l’avant pied est relevé (Fig. 7). 2.3. Discussion L’objectif de ce travail est d’identifier chez un patient hémiplégique porteur d’un pied varus équin les asymétries chronométriques, cinétiques et cinématiques, entre côté sain et hémiplégique, lors de l’initiation de la marche. L’étude cinématique est une des originalités de notre travail puisque aucune étude cinématique, à notre connaissance, n’a été réalisée sur l’initiation de la marche chez le Tableau 3 Récapitulatif des différents résultats obtenus en cinématique. Le secteur de mobilité de l’articulation de cheville global est identique du côté sain et du côté hémiplégique. Le passage du pas est asymétrique avec un genou qui est levé plus haut du côté hémiplégique par rapport au côté sain. L’attaque du pas se fait pied à plat du côté hémiplégique puisque le marqueur du 5e métatarsien et de la malléole sont revenus à leur position initiale au moment où l’appui est repris. L’attaque du pas se fait par le talon du côté sain puisque le marqueur du 5e métatarsien est à 2 cm du sol alors que la malléole est revenue à sa position initiale au moment où l’appui est repris Secteur de mobilité de l’articulation de cheville Secteur de mobilité (en degré) Passage du pas Côté Sain Hauteur du genou 41 a (5,2) (en mm) Attaque du pas Côté Sain Hauteur de M5 21,6 a (7,7) (en mm) Hauteur de la malléole 5,6 (2,4) (en mm) Valeurs moyennes. (écart-type) a
degré de significativité
Côté Sain
Côté Hémiplégique 32 (4,94) 35 (2,79) Côté Hémiplégique 58 a (9,8) Côté Hémiplégique –1,7 a (3,1) 3,8 (1,8)
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sujet hémiplégique. Elle nous a permis de mettre en évidence une asymétrie pour les instants où la cheville est en extension ou en flexion maximale. Du côté sain, l’extension maximale se produit en fin de phase posturale, P1, juste avant la phase oscillante. Cette extension maximale du côté sain peut permettre d’obtenir une propulsion maximale pour compenser le déficit de propulsion du côté hémiplégique. Du côté hémiplégique, l’extension maximale se produit pendant la phase oscillante, conséquence probable de la spasticité du triceps sural. Le secteur de mobilité global est identique du côté sain et du côté hémiplégique. Cependant, du côté hémiplégique ce secteur global se situe dans l’extension de cheville avec une absence de flexion de cheville. Le passage du pas est asymétrique avec un genou qui est levé plus haut du côté hémiplégique. Le genou est levé plus haut pour éviter l’accrochage du pied. L’attaque du pas est asymétrique avec une attaque par le talon côté sain et pied à plat côté hémiplégique. C’est une des conséquences du pied varus équin. Du fait de la spasticité du triceps sural, les releveurs de pied deviennent inefficaces et l’attaque du pas se fait pied à plat. On peut penser que cette nécessité de monter le genou plus haut entraîne probablement une consommation d’énergie plus élevée. Tous ces éléments n’avaient pas été rapportés dans des études antérieures. Les résultats cinématiques seront à confirmer sur un nombre plus important de sujets mais ils reflètent bien l’aspect clinique que nous avons du sujet hémiplégique avec une quantification précise des données. La répartition du poids du corps et le transfert du poids du corps du membre inférieur sain sur le membre inférieur hémiplégique sont asymétriques. L’étude posturale a montré une asymétrie de répartition du poids du corps (46 % côté hémiplégique et 54 % côté sain). Cela correspond aux données retrouvées dans la littérature [4]. Elle est plus importante sur le membre inférieur sain avant l’initiation de la marche. Cette anomalie de répartition du poids du corps rend plus difficile durant la phase posturale le transfert du poids du corps du membre inférieur sain vers le membre inférieur parétique selon Brunt et al. [4]. Nos résultats vont dans ce sens puisque la phase posturale P1 est plus longue lorsque la marche est initiée par le côté sain chez notre sujet. Un dernier élément va dans le sens de l’allongement de la durée de la phase posturale. Kirker et al. (2000) ont étudié l’activité électromyographique des adducteurs et abducteurs de hanche dans une population d’hémiplégiques durant l’initiation de la marche. Ils ont mis en évidence un allongement du temps de réponse des muscles parétiques pendant l’initiation de la marche lors du transfert du poids du corps sur le membre inférieur d’appui. Cela peut être un élément supplémentaire expliquant l’allongement de la durée de la phase posturale. D’autres hypothèses sont envisageables. La phase P1 est plus longue, le membre inférieur sain propulse pendant un temps plus long et ceci compense le déficit de propulsion du membre inférieur hémiplégique. L’équilibre précaire sur le membre inférieur hémiplégique peut rendre le temps de transfert vers le membre inférieur hémiplégique
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Fig. 5. Schématisation des extensions et flexion maximales de cheville en fonction des instants T1, T2, T3, T4. Les amplitudes maximales d’extension et flexion de cheville se situent à des temps différents du cycle de l’initiation de la marche selon que l’on étudie le côté sain ou le côté hémiplégique. Côté sain : extension maximale avant T2, flexion maximale avant T3; côté hémiplégique : extension maximale après T2, flexion maximale après T3 voire T4.
plus long. Le passage en appui sur le membre inférieur hémiplégique peut être allongé à cause des processus attentionnels nécessaires à cette tâche. Toutes ces hypothèses restent cependant à confirmer. Le temps d’appui monopodal est asymétrique [9]. L’étude chronométrique a permis de mettre en évidence un temps d’appui monopodal plus court côté hémiplégique lorsque la marche est initiée par le côté sain (phase d’appui monopodal côté sain 0,52 sec et 0,42 sec côté hémiplégique). Le temps d’appui sur le membre inférieur parétique est diminué car ce membre inférieur est instable et peu sûr. Hesse et al. (1997) ont étudié les paramètres cinétiques de l’initiation de la marche chez des sujets hémiplégiques et des sujets sains. Ils
ont pu montrer que la phase d’appui monopodal est plus courte quand la marche est initiée par le côté sain. Le sujet hémiplégique raccourcit le temps d’appui sur membre inférieur parétique durant l’oscillation du côté sain. L’étude cinétique retrouve une anomalie de propulsion chez notre sujet avec une force longitudinale Fy nulle, voire négative, du côté hémiplégique lors de l’initiation de la marche. Cette force est assimilable à une force rétropulsive. On peut l’expliquer par l’absence de chute en avant. En effet, chez le sujet sain lors de l’initiation de la marche et durant la phase P1, le triceps sural est inactivé alors que le muscle tibial antérieur se contracte provoquant la chute vers l’avant, une accélération du centre de gravité et une force propulsive
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Fig. 6. Hauteur du genou asymétrique. Lors de la phase oscillante, le genou monte plus haut côté hémiplégique par rapport au côté sain.
[3]. Chez le sujet hémiplégique, le triceps sural est spastique et il rend le tibial antérieur inefficace. Le phénomène de chute vers l’avant est donc altéré. La propulsion est donc asymétrique chez le sujet hémiplégique. Brunt et al. (1995) ont montré que la propulsion est altérée du côté hémiplégique lors de l’initiation de la marche en appui sur le membre inférieur valide. La force propulsive Fy est négative du côté parétique. Cette force négative (force rétropulsive) est corrélée à un Tibial antérieur inefficace et à la flexion plantaire de la cheville due au varus-équin [4]. L’évaluation des sujets hémiplégiques devant bénéficier d’un traitement de leur pied varus équin est importante car elle permet de quantifier les anomalies de la marche du sujet
hémiplégique et de vérifier la correction de ces anomalies par la thérapeutique effectuée. La chirurgie fonctionnelle du pied varus équin chez le sujet hémiplégique est rare (2 à 5 % des sujets hémiplégiques). Le nombre de sujet pouvant être étudié est donc limité. Dans notre cas, nous aurons besoin de recul, au moins un an après l’intervention, et d’un plus grand nombre de sujets pour évaluer les modifications de l’initiation de la marche engendrée par une double arthrodèse chirurgicale de l’articulation de cheville. En effet, cette étude préliminaire ne concerne qu’un sujet jeune et gaucher, ce qui est partiellement représentatif de la population hémiplégique. Cette étude permet de valider une méthodologie qui devra être appliquée sur un plus grand nombre de patient et
Fig. 7. Attaque du pas au sol côté sain et côté hémiplégique. Du côté sain, lors de l’arrivée au sol, le marqueur du 5e métatarsien est à 2 cm du sol alors que le marqueur de la mallèole est revenue à sa position initiale. L’attaque du pas se fait par le talon et l’avant pied est relevé. Du côté hémiplégique lors de l’arrivée du pied au sol, l’attaque se fait pied à plat, le marqueur du 5e métatarsien et de la malléole sont revenus à leur position initiale au moment où l’appui est repris.
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comparé à des sujets sains. L’inclusion d’un nombre plus important de patient permettra de valider les résultats préliminaires enregistrés dans cette étude. Un enregistrement EMG aurait pu nous renseigner sur l’activité des muscles triceps sural et tibial antérieur au cours de l’initiation de la marche et nous aurait permis de faire des corrélations avec les données cinétiques et cinématiques. L’EMG a déjà été étudié dans des études antérieures à l’inverse de la cinématique qui ne l’a jamais été.
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3. Conclusion [8]
L’initiation de la marche est asymétrique chez le sujet hémiplégique. Cette étude préliminaire a montré du côté hémiplégique une propulsion nulle voire négative, une répartition du poids du corps asymétrique aux dépens du côté hémiplégique, un temps d’appui monopodal raccourci, une attaque du pas pied à plat. Tous ces phénomènes sont liés en partie au pied varus équin, à la spasticité du triceps sural, à l’instabilité du membre inférieur hémiplégique. L’étude de l’initiation de la marche pourra nous aider à mieux comprendre les stratégies adaptatives de contrôle de la posture et du mouvement chez les sujets hémiplégiques. L’étude de l’initiation de la marche du sujet hémiplégique après traitement par chirurgie fonctionnelle du pied varus équin nous permettra d’évaluer ce type de traitement et de mieux en comprendre ces effets.
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