L’application de la BWS constitue une approche prometteuse dans la réhabilitation de la marche chez les patients souffrant de troubles du SNC tels que l’iSCI ou l’AVC. Dans le groupe focal des patients qui ont un contrôle volontaire de leurs membres inférieurs, mais qui n’ont pas la capacité de se déplacer librement, le FLOAT peut fournir une BWS transparente avec des forces d’interaction minimales. L’application de la BWS jusqu’à 50 % à la CiSCI pendant la marche sur le sol a entraîné des changements subtils de la cinématique de la marche qui sont largement comparables à ceux observés chez les témoins sains. Alors que ces changements induits par la BWS étaient évidents dans les paramètres spatio-temporels tels que la longueur du pas et la durée de la phase de stance relative, les modèles de mouvement articulaire et la coordination intraliminaire ont été modulés à un degré moindre chez les iSCI que chez les témoins. Ces résultats vont à l’encontre de nos attentes initiales selon lesquelles la BWS aurait un effet plus important sur la cinématique de la marche des iSCI par rapport aux témoins. Cela indique que l’utilisation de BWS en surface pour une décharge de 20% du poids corporel n’a pas d’effet discernable sur les schémas de marche et que même des décharges élevées de 50% du poids corporel ne déforment pas fondamentalement la cinématique de la marche. En outre, les différences dans la modulation de la coordination intra-limbique peuvent fournir une occasion de cibler spécifiquement ce domaine dans la réadaptation iSCI.
Adaptation spatio-temporelle
Comme l’une des caractéristiques saillantes de la marche, l’ajustement de la longueur et du temps de pas sont des conditions préalables pour gérer les changements dans les conditions de marche. Avec l’augmentation de la décharge, le temps de pas est progressivement augmenté à la fois chez les contrôles et les sujets iSCI. Des observations similaires dans la littérature n’ont pas donné d’explication concluante sur le sol ou sur le tapis roulant. Une explication possible repose sur le cadre de la similarité dynamique, en supposant que le nombre de Froude, une mesure de la vitesse indépendante de l’anatomie qui dépend de la longueur de la jambe et de la gravitation, a une valeur optimale d’environ 0,25 pour la marche.25 pour la marche .
Fr : Nombre de Froude, m : masse, v : vitesse, h : longueur des jambes, g : constante gravitationnelle, sl : longueur des pas, sf : fréquence des pas.
La réduction de la « gravité » par la décharge tout en maintenant la vitesse de marche ne devrait pas perturber la relation entre la longueur du pas et la fréquence des foulées. L’application de la décharge au niveau du tronc, cependant, entraîne une interaction intéressante : la gravité agissant sur la jambe d’oscillation reste à un niveau normal (9,81 ms- 2), tandis que la dynamique de la phase de stance est soumise à une gravité réduite plus les forces d’interaction potentielles du robot . Cela se traduit généralement par une réduction faible mais robuste du facteur de marche, principalement par une augmentation du temps de pas tout en maintenant le temps de position. Pour maintenir une vitesse donnée, la longueur de foulée relative doit être augmentée, ce qui perturbe les relations stables dans le développement entre la longueur de foulée, la fréquence et la vitesse de marche. Ce comportement est adopté par les sujets témoins. Les CiSCI, d’autre part, affichent le cycle de travail réduit, cependant ils ne modulent pas la longueur du pas de manière aussi appropriée que les contrôles, ce qui conduit également à la légère réduction de la vitesse de marche enregistrée à 50% de la BWS (tableau 2).
Les changements dans la largeur du pas n’étaient pas concluants à la fois chez les contrôles et les CiSCI ; bien qu’une interaction entre la BWS et le groupe ait été détectée, il n’y avait pas d’effet principal simple de la décharge. Cela pourrait être dû à l’interaction avec le robot dans la direction médio-latérale, faisant allusion à l’interaction complexe entre la BWS, la stabilité latérale et les forces d’interaction du robot . L’analyse de la transparence nous amène à écarter quelque peu l’effet pendulaire de la suspension aérienne, mais l’interaction entre le déchargement vertical et la largeur de pas et d’autres paramètres associés à la stabilité de la marche mérite d’être étudiée plus avant chez des sujets sains. La CiSCI a conservé une grande variabilité dans la largeur de pas dans toutes les conditions de déchargement, ce qui peut masquer toute réponse significative au déchargement. La largeur de pas moyenne a eu tendance à diminuer à partir d’une ligne de base pathologiquement élevée, ce qui suggère que le déchargement permet aux CiSCI de marcher avec une base d’appui plus étroite.
Effets de la posture de marche
Nous avons quantifié le déplacement du CoM et le balancement du tronc pour comprendre comment le BWS transparent affecte la posture pendant la marche et si cela est différent entre les CiSCI et les contrôles. L’effet principal simple de la BWS sur le mouvement du CoM ML et le balancement du tronc AP et ML indique que le système BWS a un certain effet sur la posture de marche et le contrôle du tronc. Au fur et à mesure que la décharge augmente, le balancement du tronc augmente dans les deux plans, tandis que le mouvement ML du CoM est réduit et que l’AP des témoins reste inchangé. Les CiSCI adoptent un modèle de réponse différent dans les deux paramètres de l’AP, peut-être en raison de la longueur du pas initial plus courte qui nécessiterait moins de transfert d’élan du tronc au pelvis pour induire le transfert de poids. Les CiSCI ont également montré une plus grande oscillation AP du tronc dans la condition initiale, compensant peut-être les changements dans la génération de force maximale des muscles du tronc. En outre, la vitesse de marche a été réduite à un degré légèrement supérieur chez les CiSCI lors du déchargement. En résumé, la CiSCI peut être plus sensible à la dynamique du robot et aux contraintes du harnais, en particulier dans les directions où des accélérations plus importantes sont nécessaires. La conception de la tête et l’emplacement du harnais ont potentiellement forcé une posture plus droite et permis moins de transfert de poids vers l’avant sur le pied avant.
Les changements dans les paramètres médio-latéraux avec une augmentation de la décharge ont été reflétés dans les deux groupes. Cela contrastait avec la largeur de pas, qui a démontré un minimum local à 20%BWS pour les contrôles et une réduction progressive, mais non significative, chez les CiSCI. Cela indique que les deux groupes choisissent de plus en plus de maintenir leur CoM plus près du bord médial de leur base d’appui avec l’augmentation du BWS, ce qui laisse supposer une interaction complexe entre la décharge et la dynamique du plan frontal. En outre, la vitesse de déplacement supérieure/inférieure du robot BWS complexifie encore l’interaction, car la tension n’est pas parfaitement égale à tous les moments. Cela conduit à des changements subtils dans les niveaux d’appui et les transferts de momentum dans différentes phases de la marche qui influencent probablement la structure spatio-temporelle de la stabilité de la marche, cependant ces interactions sont difficiles à quantifier avec précision.
Mouvements articulaires
Avec une décharge croissante, nous avons observé des décalages temporels croissants des traces angle-temps à la fois chez les CiSCI et les contrôles. Pour comparer correctement les schémas de mouvement articulaire, la phase de stance et la phase de swing ont été normalisées et interpolées séparément pour éliminer les effets temporels tout en préservant les informations de rang temporel et d’amplitude. Cela a permis de détecter les différences de forme de trajectoire induites par la décharge. Alors que les articulations du genou ont montré un effet de décharge principal simple, en particulier autour de l’événement de l’orteil et pendant la phase d’appui, il n’y avait pas d’effet d’interaction. Cela indique que, dans l’échantillon étudié, nous n’avons pas pu détecter de stratégies de genou différentes entre les CiSCI et les témoins en réponse à la décharge. Au niveau de l’articulation de la hanche, la décharge a induit un effet principal simple centré sur l’événement de l’orteil et il y avait un effet d’interaction fort, en particulier pendant le swing et après la frappe du talon. Cet effet d’interaction peut être dû à la longueur de pas plus courte de la CiSCI associée aux changements de posture de marche. Au niveau de l’articulation de la cheville, un effet d’interaction était présent, en particulier en fin de posture où les témoins ont accentué leur mouvement de poussée alors que les CiSCI n’ont montré aucune adaptation. La décharge de la CiSCI dans le système BWS n’a induit aucun changement détectable dans les schémas de mouvement des articulations, tandis que les témoins ont présenté des adaptations subtiles, en particulier dans l’articulation de la cheville à des niveaux de décharge élevés. Chez les témoins, les changements dans le mouvement de l’articulation de la cheville pourraient être interprétés comme une adaptation spécifique à la tâche, nécessaire pour maintenir une vitesse donnée tout en optimisant d’autres déterminants de la marche. Le fait que nous n’ayons pas détecté ces adaptations dans notre cohorte d’ICCS principalement affectés par des troubles sensoriels pourrait être lié à des changements dans l’intégration des informations de charge dans la structure de commande efférente. Les modèles d’activité du réseau spinal pendant la marche indiquent que les mécanorécepteurs sensibles à la charge et au cisaillement sur la plante du pied, ainsi que les organes tendineux de Golgi et les afférences du fuseau musculaire, contribuent de manière significative à la bonne régulation de la marche. Cependant, à la suite d’une ISCC, le traitement de l’information afférente est altéré à de nombreux niveaux et est partiellement remplacé par des informations de substitution, redondantes, provenant de sources non affectées telles que le contrôle visuel.
Coordination des membres inférieurs
Les modèles de coordination des membres inférieurs ont été signalés à plusieurs reprises comme étant des lectures sensibles du contrôle locomoteur chez les sujets ISCC. Les connaissances tirées des expériences sur les membres supérieurs et inférieurs chez l’homme nous amènent à interpréter la coordination multi-articulaire comme un produit de l’intégration proprioceptive dans la moelle épinière à différents niveaux, combinée à une commande efférente supraspinale . Les modèles de coordination intraliminaire peuvent être quantifiés en tant que différence de forme par rapport à une forme de référence (SSD ; une forme d’analyse de forme procruste). La variabilité de ces modèles peut être saisie par la composante angulaire du coefficient de correspondance (ACC ; une forme spécialisée de codage vectoriel), qui décrit la dispersion moyenne de toutes les paires de points séquentiels dans le cycle. Une variabilité accrue dans le couplage des mouvements des segments est détectée par une diminution du CAC (plage : 0-1). L’augmentation de la variabilité des mouvements, en particulier en ce qui concerne le couplage des segments intralimbés adjacents, peut être interprétée comme un bruit neuronal accru dans la génération de schémas d’activation musculaire synergiques. Lors du déchargement, les sujets témoins ont montré des changements progressifs dans le couplage intralimb par une augmentation de la différence de forme et de la variabilité (tableau 2 et figure 2) dans les deux couplets (hanche-genou et genou-cheville). Chez les CiSCI, cependant, la SSD est restée inchangée dans les deux couplets proximal et distal. Aucun effet d’interaction n’a été détecté pour l’ACC des deux couplets, cependant la décharge a entraîné une plus grande variabilité du couplage dans les deux groupes. L’absence de modulation du couplage intralimbique chez les patients sous décharge peut donner accès à l’étude et à la remise en question de cet aspect après l’iSCI.
Coordination intralimbique chez les contrôles et les patients sous BWS. a Réponse des modèles de coordination intralimbique à la décharge chez les patients et les contrôles. Comme référence, les données de base moyennes des témoins sont représentées par une ligne noire continue. Les réponses moyennes des patients et des témoins sont représentées sous forme de lignes pointillées à 10 %, 30 % et 50 % du BWS dans des nuances de gris croissantes. Les données de base moyennes du patient sont représentées par une ligne pointillée. b Mesures de quantification de la coordination intraliminaire. La décharge entraîne une modification de la SSD chez les témoins (en noir) pour les couplets articulaires hanche-genou et genou-cheville. Ce modèle de coordination reste inchangé chez les patients (en gris) pour les deux couples. La cohérence de la forme (ACC) se dégrade de plus en plus dans les deux groupes avec une décharge croissante. Les barres indiquent les moyennes des groupes avec un écart-type. La signification est détaillée par * : p < 0.05
En synthèse, les CiSCI et les contrôles ont démontré des réponses similaires à la décharge en termes de paramètres spatio-temporels et de posture de marche. Cependant, les CiSCI ont conservé leur coordination intraliminaire de base alors que les témoins l’ont modifiée en réponse à la décharge, optimisant leurs schémas de couplage articulaire pour s’adapter à la décharge tout en maintenant une vitesse donnée. Il semble que dans un SNC sain, les schémas intraliminaires ne sont pas seulement médiés au niveau spinal, mais intègrent également une forte influence des centres supraspinaux. Cependant, une fois modifié à la suite d’une lésion du SNC, le couplage des segments s’est avéré remarquablement résistant au changement. Chez les patients atteints d’ICS, par exemple, Awai et Curt ont rapporté des formes inchangées du schéma de marche intraliminaire chez les patients atteints d’ICS tout au long de leur rééducation, malgré une augmentation de la vitesse de marche et une réduction de la variabilité intraliminaire. De même, Tepavac et Field-Fote ont signalé une amélioration de la cohérence, mais pas de changement systématique de la forme du couplage intralimbique à la suite d’une stimulation péronière couplée à un entraînement chez 14 patients iSCI. Des observations analogues ont été faites chez des survivants d’un accident vasculaire cérébral présentant une déficience des membres inférieurs.
Ces observations pourraient être motivées par une altération de la commande efférente induite par des changements dans le traitement supraspinal, y compris la perte partielle et le remplacement des signaux afférents. Il est également possible que le couplage des segments soit principalement codé par des réseaux spinaux rythmiques et qu’il soit donc difficile de le moduler par le biais de la commande efférente, en particulier lorsque cette commande est altérée par une lésion. Ces deux modèles indiquent que lorsqu’il s’agit d’optimiser le phénotype de la marche, en particulier la coordination intraliminaire, en fonction des contraintes environnementales ou lors de nouvelles tâches, le traitement modifié présent dans le CiSCI ne peut pas compenser entièrement la dégradation des informations afférentes. Dans cette perspective, le profil de réponse de la CiSCI à la décharge ; des paramètres spatio-temporels adaptés, des schémas de mouvement articulaire et une coordination inter-manche inchangés, peuvent faire allusion à la hiérarchie du contrôle dans la locomotion. Ici, les ressources neuronales sont réservées aux paramètres critiques pour la tâche, tels que l’organisation spatio-temporelle de la marche et le contrôle de l’équilibre, tandis que les paramètres moins critiques, tels que la coordination entre les membres, ne sont pas modulés. Toute amélioration de la fonction est censée provenir de l’adaptation de processus de niveau supérieur, tandis que les primitives motrices équivalentes nouvellement établies restent invariables. Cependant, à notre connaissance, aucun paradigme d’entraînement n’a ciblé spécifiquement la coordination intraliminaire à la suite d’une ICS. Le déchargement pourrait être une voie d’entraînement unique pour cibler ce déficit plutôt spécifique.
Pertinence clinique
L’application d’une BWS transparente au-dessus de la tête à des sujets iSCI pendant la marche sur le sol a un impact négligeable sur la cinématique de la marche CiSCI. Cela indique que pour les personnes atteintes d’ICIS qui conservent le contrôle volontaire de leurs membres, mais qui ne sont pas capables de supporter le poids de leur propre corps, le BWS transparent représente une opportunité de commencer à marcher sur le sol en toute sécurité, avec un soutien et sans contrainte, à un stade précoce. Au fur et à mesure que les patients s’améliorent, la quantité de soutien peut être réduite et des forces perturbatrices supplémentaires peuvent être appliquées par le thérapeute pour maintenir un environnement d’entraînement stimulant. En outre, le dispositif peut être utilisé comme support lors de l’entraînement à d’autres activités de la vie quotidienne, telles que la montée d’escaliers, le franchissement d’obstacles, l’équilibre, la marche en courbe, la récupération d’objets au sol, la transition de la position assise à la position debout, etc. L’entraînement au BWS sur le métro ne reste qu’un outil de réadaptation parmi d’autres, cependant il permet une transition d’un environnement de réadaptation sur tapis roulant à un cadre plus réel.
Outlook
Nos conclusions sont basées sur un échantillon relativement petit et hétérogène de sujets iSCI présentant principalement des déficiences sensorielles en raison de la contrainte de pouvoir marcher à 2 km/h sans aide à la marche pendant environ une heure de mesure. Cette vitesse de marche a été choisie car il s’agit d’une vitesse viable pour les CiSCI et elle est proche du seuil de déambulation non supervisée en intérieur pour les CiSCI (0,6 m/s) . De plus, à cette vitesse, les contrôles produisent toujours une démarche rythmique et symétrique, bien qu’elle soit beaucoup plus lente (~ 50%) que leur vitesse de marche typique en fonction de l’âge et du sexe. Une période de familiarisation a été accordée à chaque niveau de BWS et les CiSCI et les témoins ont marché à la vitesse cible de manière constante pendant l’expérience sans transgresser la plage de tolérance, ce qui indique une acclimatation suffisante. Bien qu’il aurait été intéressant d’analyser également la vitesse de marche préférée ou même les effets de différentes vitesses de marche, cela aurait conduit à un protocole d’évaluation très long pour les CiSCI. Les mesures de la marche au départ différaient entre les groupes, et il y avait une différence d’âge significative. L’inclusion de l’âge comme covariable dans le modèle statistique indique toutefois que l’adaptation des schémas de marche au BWS n’était pas alimentée par ce facteur. Les différentes réponses entre les CiSCI et les témoins justifient une étude plus approfondie chez un plus grand nombre de personnes atteintes de troubles du SNC marchant à des vitesses multiples. Trois CiSCI avaient un TSI de moins d’un an et seraient donc considérés comme plus proches de la phase subaiguë que de la phase chronique. Ces personnes ont été incluses car elles avaient atteint un plateau fonctionnel en raison de la nature relativement légère de leurs blessures. Sur le plan fonctionnel, ils se classaient parmi les meilleurs individus de la cohorte. La cohorte étudiée, composée de patients présentant un large éventail de déficiences et de TSI différents, fournit une certaine indication d’un effet généralisable, mais la manière dont celui-ci se manifeste spécifiquement en fonction du niveau, de la gravité et de la chronicité de la déficience ne peut être déterminée qu’en utilisant des critères d’inclusion plus spécifiques. Cela limite la description des mécanismes potentiels dans l’expérience actuelle. Pour l’avenir, nous souhaitons évaluer des cohortes plus précisément définies et mieux démêler les effets mécaniques des réponses biologiques à la décharge.