Chapitre 1 Equilibre et mesure du contrôle postural P Carette PDF

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M1 STAPS APAS IRHPM - FSS POITIERS
Cours : Métrologie
Professeur : Pierre Carette
Chapitre 1 Equilibre et mesure du contrôle postural...

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P. CARETTE

MÉTROLOGIE ET HANDICAP EQUILIBRE ET MESURE DU CONTRÔLE POSTURAL Définition => Biomécaniquement, « l’équilibre est l’état qui caractérise un corps lorsque la somme des forces exercées sur ce corps et la somme de leurs moments sont nulles. »

I.

Préambule

En permanence, le centre de masse (COM) subit des déplacements (et des accélérations). La variable contrôlée est le centre de pression (COP) [Winter, 2003] Des ajustements COM/COP sont automatisés = régulation SNC  

Feedforward : issus des noyaux gris centraux, du cervelet, … Feedback : inférences sensorielles qui aident à apprendre la posture et à l’enrichir.

En condition statique et dynamique -

-

En statique  Le maintien de la position bipédique (faibles oscillations du corps) est un processus dynamique complexe (réponses neuromusculaires générales par le SNC) En dynamique :  Idem  Anticipation et compensation de toutes variations de positionnement du COM -Gérer les afférences sensorielles et les afférences motrices

 Résoudre les conflits sensori-moteur(cohérence entre 2 informations, ex : pivotement de la tête)

Le système du contrôle postural Contrôler sa position bipédique debout (S/D) dans l’environnement en : -

prévoyant la posture et en l’anticipant (feedforward), surveillant les différentes « entrées » (feedback), corrigeant la posture par une activité musculaire.

Par ajustements posturaux anticipatoires et/ou compensatoires qui s’opposent à la gravité.

1

P. CARETTE

II.

Organisation neuro-physiologique de la posture en situation bipédique stabilisée

I.1.

LA POSITION DEBOUT BIPÉDIQUE  Maintien d’1 posture particulière, stable du corps [Bouisset, 1995]

 

Projection du COM au sol dans le polygone sustentation Références posturales et réactions équilibration conservées  Paramètres clés du contrôle postural [Thoumie, 1999] telles que les références posturales.

COP positionné légèrement vers l’avant de la ligne inter malléolaire. Après des travaux sur l’équilibre, des référentiels nécessaires ont été évoqués par Berthoz (1997).   

Géocentrés(gravité)  système maculaire  verticalité Allocentré(exterieur, visuel)  système visuel  position dans l’environnement Egocentré(proprioception)  système somesthésique  position des segments les uns par rapport aux autres

En permanence, ces référentiels se complètent dans un système de cohérence non linéaire : n’importe quel référentiel peut être amené à être prédominant sur l’autre. Aspect sensorimoteur

Feedback : corrections appropriées

I.2. 

L’INFLUENCE THYMO-COGNITIVE

Émotions et cognitions  le système d’équilibration postural [Floirat & al, 2005 ; Kemoun & al, 2008],  Tendances psycho-comportementales et thymiques [Carette & al, 2009; Carette & al, 2012],4  Comparaison d’oscillations chez des personnes ayant des TOC et les autres, les TOC déclenchent une oscillation très basse en comparaison des sujets sans TOC.  Les épisodes émotionnels non résolus [Kemoun & al, 2007]  Personnes qui souffraient d’une situation très traumatisante (accident, viol, …) avaient une situation posturale inversée,  Stress post traumatiques  Troubles de l’équilibre liés à cette situation. [Kemoun & al, 2007],

2

P. CARETTE 

Régulation et contrôle postural  Influence cognitive [Balaban, 2001; Botvinick, 2001;Van Veen, 2001 ; Wada, 2001; Bolmont, 2002, Bernat, 2003, Hillman, 2004; Minskew, 2004; Ohno, 2004; Whitney, 2005].

I.3.

INTÉGRATION SENSORIELLE À PLUSIEURS NIVEAUX DU SNC

Convergence des afférences sensorielles (feedback) vers les structures centrales (modèle de cohérence non linéaire)  Une finalité : le contrôle postural bipédique (stabilisation et orientation) [Paillard, 1971 ; Massion, 1994],  

I.4.

Avec régulation cérébelleuse (feedforward) : le lobe flocculo-nodulaire qui influence le contrôle postural en recevant les afférences motrices et sensorielles +++ Et des noyaux du tronc cérébral qui interviennent dans la régulation de la station debout (feedforward) dont celles liées l’oculomotricité.

CIRCUITS MÉDULLAIRES ET SUPRA-MÉDULLAIRES

Avec action volontaire initiale = tenir debout. « Retour sur image » = vert

I.5.

POUR RÉSUMER

Phénomène sensori-moteur central (processus dynamique)  Perception globale de la posture régulée à partir d’afférences périphériques : redondance (détermination d’une tête inclinée ou d’une accélération) et phénomènes de compensation

I.6.

PARTICULARITÉS DE LA POSITION BIPÉDIQUE STABILISÉE



La dominance de l’activité tonique (en statique),isométrique et permanent



Le fonctionnement des afférences vestibulaire et somesthésique (le gain des fuseaux neuromusculaires) et la continuité de l’information plantaire (en statique)  Même information sur toutes les surfaces du pied,



Les boucles de rétroaction (courte, longue, ouverte, fermée) (prédominance en statique),



Une pondération sensorielle : en fonction du vécu, influence plus importante de telle ou telle afférence sensorielle.

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P. CARETTE I.7.

LES SYSTÈMES AFFÉRENTIELS

Système visuel Repérage de l’environnement

Système vestibulaire Centrale gravito-inertielle

Système somesthésique Haptique et proprioceptif

Toutes ces afférences analysées au niveau du cerveau.

I.7.1.

Afférence sensorielle vestibulaire

Oreille interne avec 2 systèmes permanents d’information. Le système labyrinthique donne des informations de mouvements créés par des accélérations angulaires et linéaires.  Saccules et utricule : accélérations linéaires  Canaux semi-circulaires : accélérations angulaires

Particularité otolitique Le système maculaire otolithique est un système inertiel. Ils vont donner en permanence la position verticale. Il permet de déterminer l’inclinaison ou une accélération en fonction du déplacement de la masse otolithique. Sa sensibilité est très faible mais il permet tout de même de déclencher cette information gravitaire. En position verticale, la sensibilité otolithique est de 0.06m/s². [Fitzpatrick, 1994]

I.7.2.

Afférence sensorielle visuelle

L’œil donne 2 types d’informations :  

Vision fovéale : lire, reconnaissance et indentification d’objets, direction du regard, … Vision périphérique : plus floue, orientation du sujet dans l’environnement, reconnaissance des contrastes et luminosités et permet d’avoir des panoramas unifiés + verticalité et horizontalité

I.7.3.

Afférences somesthésiques proprioceptives

Les afférences proprioceptives somatiques (propriocepteurs kinesthésiques) sont :   

Fuseaux neuromusculaires : contrôle la longueur du muscle Récepteurs tendineux Récepteurs ostéo-articulaires

Ils renseignent la proprioception dans le sens kinesthésique (et statesthésique).

I.8.

PARTICULARITÉ SOMESTHÉSIQUE

L’oculomotricité fournit des informations de la position réciproque de l’œil et du vestibule. Quand on incline la tête, les muscles oculomoteurs envoient des informations de mise en tension ou torsion. Le réflexe vestibulo-oculaire est capital pour la position debout mais également le réflexe vestibulo-spinal. La place du cervelet est aussi centrale car il permet de réaliser des actions de coordination, d’apprentissage et de stockage de modèle interne.

I.9.

AFFÉRENCES SOMESTHÉSIQUES EXTÉROCEPTIVES (HAPTIQUE)

La sole plantaire est un organe sensoriel primaire. Une pression permanente sous le pied (médial et latéral) fournit des informations diverses.

4

P. CARETTE -

Les mécanorécepteurs (4 types) véhiculent les sensations tactiles (pour une représentation corticale somesthésique importante). Ils peuvent être superficiels ou profonds, d’adaptation lente ou rapide. Thermorécepteurs Nocicepteurs

C’est un organe très sensible qui influence le contrôle postural.

III.

Et l’équilibre orthostatique ?  Tenir position debout stable sous l’effet de la gravité avec prédominance tonique A.

MODE DE FONCTIONNEMENT

Il fonctionne selon le modèle stochastique aléatoire non linéaire On peut le comparer approximativement à un pendule inversé soumis à des oscillations maximales de 1.5° de part et d’autre des axes d’un plan orthonormé. B.

COMMENT

OBJECTIVER

« L’ÉQUILIBRE »

ET

LE

MAINTIEN

DE

LA

POSITION

ORTHOSTATIQUE ?

L’ « équilibre statique » permet le maintien de la projection du centre de gravité COM (un barycentre) à l’intérieur du polygone de sustentation (COP). Il faut faire coïncider sur un axe vertical la force de pesanteur et la force de réaction. Les surfaces en contact sont les soles plantaires et la plateforme de force statique 

IV.

Plateformes statiques (moins chères) et dynamiques  Etude de la projection et de son maintien du COP à l’intérieur du polygone de sustentation  Analyse du déplacement permanent du centre de pression au sol.

Etude du déplacement : surface, longueur, Xm, Ym

On peut considérer que l’ensemble des placements a une forme patatoïde. Ellipse de confiance = montre un axe préférentiel de déplacement 

Equilibration de stabilité basée sur les chevilles avec action des muscles gravitaires.

Avec un environnement neutre quand on réalise une étude sur plateforme de force, régulation de la distance de vision pour ne pas perturber le contrôle postural. Le tracé du COP définit une ellipse de confiance qui représente 90% des mouvements du COP

5

P. CARETTE A.

ILLUSTRATIONS PAR 2 ENREGISTREMENTS

I.1. I.2.

La vitesse de déplacement du COP = Précision du contrôle t l

Les oscillations ML du COP sont générées par un mécanisme de contrôle de hanche

I.3. I.4.

Les amplitudes des oscillations du COP = Efficacité du contrôle t l

Les oscillations AP du COP « Contrôlées » au niveau des chevilles

ML : médio-latéral

B.

2 STABILOGRAMMES FRONTAUX ET SAGITTAUX

Déplacements dans le plan frontal

Vert : personne stable AP : antéro-postérieur Courbe sup : au niveau de la flèche = capacité de rattrapage.

Déplacements dans le plan sagittal

6

P. CARETTE C.

OSCILLATIONS FILTRÉES SELON UN FILTRE PASSE BAS

Chez un parkinsonien, la masse corporelle transforme l’oscillation des membres en une oscillation plus faible = filtre passe bas.

D.

OSCILLATIONS FILTRÉES SELON UN FILTRE PASSE HAUT

E.

COURBE D’AUTO-CORRÉLATION DES OSCILLATIONS MÉDIO-LATERAL ET ANTEROPOSTERIEUR

Courbe bleu : personne posturale = trouble de nécessitant un contrôle entrainant une fatigue concentration nécessaire.

qui a perdu son intégrité la posture de l’équilibre volontaire de la posture supplémentaire liée à la

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P. CARETTE F.

COURBE D’INTER-CORRÉLATION ENTRE LES OSCILLATIONS ML ET AP

G.

TRANSFORMIERS DE FOURIER (FFT)

C’est une analyse fréquentielle et spectrale. On met ici en évidence le traitement numérique du signal et la transformation des données du domaine temporel dans le domaine fréquentiel. La majorité du contrôle de la posture se fait par des filtres passe bas. Attention ! Ici, la fréquence d’acquisition est de 40Hz.

H.

EXEMPLE PERSONNE ÂGÉ

YO : yeux ouverts --

YF : yeux fermés

Analyse des axes d’oscillations, des rattrapages de l’équilibre, de l’évolution du COP et la vitesse du COP Retire info visuelle : la personne bouge ½ fois plus généralement. Ici, la personne ne l’utilise pas trop pour son équilibre. Mousse podo : utilisation de la proprioception pour s’équilibrer 8

P. CARETTE Mousse proprio : pas d’équilibre car plus les moyens de contrôler et de réguler les oscillations et donc l’équilibre.

I.

STABILOGRAMMES ML & AP

 Tremblements sciniques Mousse proprio : fléchissement pour favoriser l’équilibre.

J.

COURBES D’INTER-CORRÉLATION ENTRE OSCILLATIONS ML/AP

Organisation pour s’équilibrer car fonction involontaire perdue.

K.

STATOKINÉSIGRAMME HPA

Hyper Contrôle Postural traumatique anormal

9

P. CARETTE L.

DES VALEURS PRÉDICTIVES POUR LE RISQUE DE CHUTE !

Augmentations de :

 

 

La surface d’oscillation du COP Amplitude ML des oscillations du COP (Yo et Yf)  Pieds écartés : pas de troubles de l’équilibre  Pieds resserrés : augmentation des troubles de l’équilibre postural de façon plus conséquente chez les chuteurs Les vitesses d’oscillation du COP en AP (Yo) et en ML La vitesse moyenne d’oscillations du COP

M.

ANALYSE POUR UNE AIDE À LA DÉCISION

5 situations de comparaison déterminant un choix d’axe thérapeutique.

V.

Situation courante chez une PA

1er enregistrement  Pieds nus, YO  Toutes les afférences sont disponibles

2ème enregistrement  Pieds nus YF ; l’afférence visuelle n’est pas disponible  Pas d’utilisation information visuelle donc perturbations  Utilisation proprioception (globale kinesthésique ou extéroception)

3ème enregistrement  Sans la vision et sur mousse podologique  Projection du CG vers l’avant + proprioception

4ème enregistrement  Avec mousse proprio, YF  Perturbation optimale  Bonne proprioception  Extéroception cutanée plantaire perturbée. Les PA ont une excroissance cutanée plantaire qui trouble l’information proprioceptive.

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P. CARETTE A.

VISION PERTURBÉE

YO < YF 

La personne a une meilleure stabilité les yeux fermés  Modification des paramètres visuels pour les renforcer.

B.

EXTÉROCEPTION CUTANÉE PLANTAIRE PERTURBÉE

La mousse ne perturbe pas le contrôle postural.

 Pieds nus

C.

PROPRIOCEPTION PERTURBÉE

Augmentation de la vitesse des oscillations

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P. CARETTE D.

DÉFICIT VESTIBULAIRE

Aucun vestibule n’attire la personne vers le bon vestibule. YF : décalage sur un côté pour se centrer sur l’information d’un seul vestibule

E.

FEEDBACK INOPÉRANT ET SURCONTRÔLE

Intercorrélations entre les mouvements oscillatoires Augmentation des oscillations : amplitude, surface + vitesse  Intervention : Vision, proprioception, système vestibulaire

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