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Scoliose idiopathique de ladolescent et facteurs neurosensoriels Christine ASSAIANTE Laboratoire de Neurosciences Cognitives, UMR 7291, CNRS, AMU, Marseille.

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1 Scoliose idiopathique de ladolescent et facteurs neurosensoriels Christine ASSAIANTE Laboratoire de Neurosciences Cognitives, UMR 7291, CNRS, AMU, Marseille Table ronde : Facteurs éthiopathogéniques impliqués dans la survenue dune scoliose idiopathique, GES, 24 mars 2012, Tours

2 La scoliose idiopathique Déformation tridimensionnelle du rachis Angle de Cobb Sujets avec une scoliose modérée (10°< angle Cobb < 30°)

3 Postural Control Alignment of the axis of the body with the gravity vector Orientation Stabilisation Equilibrium : control of the CG position

4 Questions posées par les AIS Quels sont les effets de cette déformation du rachis dans la construction du schéma corporel, sachant que le tronc constitue un référentiel de base pour contrôler la posture, léquilibre, ainsi que lorientation verticale et sa représentation. Comment les processus développementaux interfèrent avec cette pathologie qui exprime une déformation du rachis au cours de ladolescence, qui est, précisément, une période de transition déterminante au cours de lontogénèse. Mieux comprendre cette période charnière de ladolescence est absolument indispensable pour mieux appréhender les pathologies développementales car le développement nest pas un processus linéaire et que ladolescence est une phase spécifique dans le développement du contrôle postural.

5 Performances posturales moins bonnes, majorées par une augmentation de la sévérité de la déformation du rachis ( Haumont et al, 2011; Cheng et al, 2011). Déficits déquilibre locomoteur (Mallau et al, 2007) Problèmes dintégration sensorielle (Barrack et al, 1984; Herman et al, 1985; Keesen et al, 1992; Wiener-Vacher and Mazda, 1998; Simoneau et al, 2006) AIS et troubles du contrôle postural

6 Contributions sensorielles au contrôle postural Informations Proprioceptives Informations Visuelles Informations Vestibulaires (otolithiques et canalaires) Informations graviceptives

7 AIS et troubles neurosensoriels Troubles Vestibulaires (otolithiques et canalaires) Shalstrand and Petrusson, 1979; Shalstrand et al, 1979, Wiener-Vacher and Mazda, 1998) au niveau anatomique avec une asymétrie des systèmes otolithique et canalaire, en lien avec une asymétrie cranio-faciale (Rouzié et al, 2011; Lambert et al, 2011). au niveau fonctionnel avec une asymétrie des réponses à un des tests de la fonction vestibulaire (test OVAR: off vertical axis rotation). Ce test évalue la fonction des voies vestibulaires centrales transportant les informations daccélérations linéaires, dont la pesanteur, vers le système nerveux central (Wiener-Vacher et al, 2011). au niveau de lintégration cognitive des signaux vestibulaires dans des tâches de perception spatiale (Simoneau et al, 2009).

8 AIS et troubles neurosensoriels Troubles proprioceptifs (Barrack et al, 1984; Herman et al, 1985; Keesen et al, 1992 Simoneau et al, 2006a and 2006b; Cheng et al, 2011). Simoneau et al. (2006b) reported that AIS, compared to control adolescents, rely much more on ankle proprioception to control the amplitude of the balance control commands. 109 AIS girls and 56 age-matched healthy girls were recruited into the study. Abnormal SEP was much more frequently found in AIS patients (14.3%) than in healthy subjects (3.7%). They also demonstrated significantly increased COG sway associated with abnormal SEP. The finding of significant effect of SEP on the performance of balance control when subjects relied on somatosensory system further indicated the abnormal somatosensory function in a subgroup of AIS patients. (Cheng et al, 2011)

9 Contribution de la proprioception dans le contrôle postural à partir du protocole des oscillations lentes Repondération sensorielle chez lenfant et ladolescent Viel et al, 2009, Motor Control Mallau et al, 2010, PlosOne

10 Tâche : Les sujets doivent maintenir lorientation verticale de leur corps, avec ou sans vision, en dépit des oscillations très lentes du support sur lequel ils se tiennent debout. Spécificité vestibulaire : Ces oscillations imposées du support sont choisies en amplitude et en fréquence de façon à être soit au dessus (+/- 5° at 0.06 Hz) soit au dessous (+/- 5° at 0.01 Hz) du seuil de détection des canaux semi- circulaires. Contribution sensorielle au contrôle postural : La plus basse fréquence doscillations du support associée à la condition sans vision constitue une situation intéressante et inédite où lon peut spécifiquement explorer la contribution proprioceptive au contrôle postural. Protocole des oscillations lentes du support

11 Le développement du contrôle postural continue jusquà des périodes tardives de lontogenèse. Les stratégies de stabilisation segmentaire sur lespace saméliorent significativement depuis les ans jusquaux jeunes adultes, passant dun fonctionnent en bloc à un fonctionnement articulé de lensemble tête-tronc. Enfin, les adolescents semblent plus dépendants des informations visuelles que les jeunes adultes pour le contrôle postural, ce qui est cohérent avec lhypothèse dune négligence transitoire des informations proprioceptives dans lintégration sensorielle. En résumé adolescents vs adultes …

12 Les adolescents avec une scoliose idiopathique (AIS) negligent-ils aussi les informations proprioceptives dans lintégration sensorielle du contrôle postural ? Question posée Repondération sensorielle du contrôle postural chez des adolescents porteurs de scoliose idiopathique

13 Dispersions angulaires Tête Epaules TroncBassin Avec et sans vision, aucune différence significative na été observée entre CS et AIS dans les dispersions angulaires aux niveaux tête, épaules, tronc et bassin.

14 Indices dancrage Tête Epaules TroncBassin CS AIS Une déformation modérée du rachis naffecte pas les stratégies de stabilisation segmentaire.

15 Une déformation modérée du rachis naffecte pas le contrôle de lorientation verticale ni les stratégies de stabilisation segmentaire. En résumé… Les informations visuelles améliorent notablement le contrôle postural chez tous les adolescents avec ou sans scoliose. Dans notre étude, il semble que leffet développemental soit dominant par rapport à un éventuel effet pathologique. Contrairement à notre hypothèse initiale, les AIS comme les CA négligent transitoirement les informations proprioceptives pour contrôler leur posture en réponse à des oscillations très lentes du support. Ces résultats associés aux précédentes études de la littérature suggèrent lexistence de différents systèmes de linformation proprioceptive qui soustendent des fonctions différentes de lintégration sensorielle du contrôle postural.

16 Goldscheider (1898): La proprioception assure 2 fonctions principales: la détection du sens du mouvement (accessible par une vibration tendineuse de courte durée), cest à dire la capacité de détecter la direction, lamplitude et la vitesse dun mouvement la détection du sens de la position (accessible par des mouvements passifs très lents, tel que le protocole des oscillations lentes), cest à dire la capacité à comparer une position finale avec une position initiale de façon à savoir si un mouvement a été réalisé. Radovanovic S et al., 2002 : Des études en PET ont montré que ces deux systèmes fonctionnels de la proprioceptions sont soustendus par des réseaux différents dactivation cérébrale. Système proprioceptif statique versus dynamique

17 Le système proprioceptif statique, tel quil était expérimenté par notre précédent protocole, ne serait pas affecté par la scoliose idiopathique de ladolescent, tandis que le système proprioceptif dynamique serait principalement affecté. Nouvelle hypothèse : Perturbation de lentrée proprioceptive par vibration musculo-tendineuse

18 Vibration du tendon dAchille Déplacement vers larrière pour compenser le déplacement vers lavant simulé (80-100Hz) Goodwin (1972) Vibration musculo-tendineuse ( Hz) activation Terminaisons fusoriales primaires (récepteurs Ia) Interprétation SNC: étirement du muscle vibré En présence de contraintes déquilibre Vibration musculo-tendineuse : une stimulation proprioceptive spécifique Tâche perceptive

19 Influence dune perturbation proprioceptive sur le contrôle postural Vibration du tendon dAchille Tâche 1 : quantifier and qualifier les ajustements posturaux évoqués par vibration Population : - chez des adolescents scoliotiques - chez des adolescents appariés en âge - chez des adultes sains Condition posturale : Posture érigée Site de la vibration : - vibration du tendon dAchille Mesures Analyse cinématique du mouvement avec le système ELITE Analyse du déplacement du centre de pression avec les plateformes de forces

20 Baseline (rest period) 5 s 15 s Stimulation vibratoire Temps Stimulation vibratoire Analyse de la réaction de stabilisation (Amplitude après 3 sec de stimulation ) Analyse de la réaction dorientation (Amplitude à la fin de la stimulation) 15 s Période Post-effect Mesure de linstabilité (RMS au cours de la vibration) Influence dune perturbation proprioceptive sur le contrôle postural

21 Posture Yeux FermésPosture Yeux ouverts Les réponses posturales des jeunes adultes sont plus modérées que celles des adolescents Les AIS semblent davantage utiliser les informations visuelles que les autres groupes pour réduire la perturbation posturale

22 Premières manifestations posturales

23 Analyse de la réaction de stabilisation (autour de 3 secondes de vibration)

24 Analyse de la réaction dorientation (amplitude à la fin de la stimulation)

25 Vibration du tibialis Tâche 2 : quantifier et qualifier les illusions kinesthésiques induites par vibration Tâche perceptive : 1)Au cours de lillusion, indiquer en temps réel avec lindex droit - Le démarrage de lillusion -Lamplitude du mouvement perçu Système danalyse cinématique du mouvement ELITE 2) Après lessai, indiquer linclinaison maximale perçue du pied au cours de lillusion en reproduisant langulation sur un schéma Influence dune perturbation proprioceptive sur la perception illusoire de mouvements

26 N = 14 N= 16 N= 13 Perception de lillusion de mouvement

27 A propos de lillusion

28 Amplitude en temps réel

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30 En résumé… Ces résultats tant posturaux que perceptifs semblent confirmer lhypothèse dune atteinte spécifique du système proprioceptif dynamique chez les AIS. Il existe chez les AIS une repondération sensorielle en faveur de la vision pour améliorer léquilibre postural. Ces résultats tant posturaux que perceptifs révèlent aussi leffet développemental qui existe entre les adolescents et les jeunes adultes. Les études en IRMf sont en cours afin de connaître la maturation et / ou les éventuels dysfonctionnements de lintégration proprioceptive centrale.

31 Vibration 100 Hz Participants : - 16 AIS group - 16 Healthy adolescents - 16 Young adults control fMRI Design pathology effect ? developmental effect ? fMRI task and procedure : The experiment has an event-related design composed of the three conditions : - Vibration at a frequency which elicite kinaesthetic illusions (100 Hz – 20 s) - Vibration at a frequency which does not elicite kinaesthetic illusions (30Hz – 20 s) - Rest (control condition) Task : After each trial, the subject will indicate if a movement of the foot was perceived.

32 Diffusion Tensor Imaging (DTI) sequence of 8 minutes : Maturation of the neural connections and the white matter : - With development (healthy adolescents and young adults comparison) - With AIS pathology (AIS group and healthy adolescents comparison) DTI Analysis in order to test cerebral development during adolescence... Question : Link between AIS pathology and maturation of the neural connection? Liu et al (2008) has reported mean volumetric differences in 22 brain regions between AIS and controls with anatomic IRM recordings.

33 Neural activity Behavioral indicator of Body Schema Pour aller plus loin …

34 Nécessité daugmenter les effectifs dAIS pour confirmer les tendances Pouvoir définir des profils perceptifs dAIS Développement de tests perceptifs simples et fiables à faire en salle dattente Quelques souhaits…

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37 fMRI investigations : Using tendon vibration to induce illusory sensation of movement First studies with hand vibration and PET method activation areas (primary motor cortex, parietal cortex, cingulate motor cortex, SMA…) (Naito et al., 1999 ; Radovanovic et al., 2002) Relation between the velocity of the perceived illusory movement and the intensity of the cortical activations fMRI study (Romaiguère et al., 2003)

38 AIS is related to disorders of postural control with potential involvement of vestibular, proprioceptive and visual input Poorer postural performance, especially in sensory conflict situations, observed in patients with a Cobb angle greater or equal to 15°, reflect less effective central information processing (Haumont et al, 2011) Various factors cause idiopathic scoliosis, and among these a prominent role has been attributed to the vestibular system. While the deficits in sensorimotor transformations have been documented in idiopathic scoliosis patients,little attention has been devoted to their capacity to integrate vestibular information for cognitive processing for space perception. Results of the present study demonstrate that idiopathic scoliosis patients have an alteration in cognitive integration of vestibular signals (Simoneau et al, 2009) Adolescent idiopathic scoliosis in humans is generally associated with vestibulo-motor deficits. Such a vestibular origin of scoliotic deformations was confirmed in adult Xenopus frogs after unilateral labyrinthectomy (UL) at larval stages (Lambert et al, 2011) craniofacial asymmetries (CFA) is highly associated with idiopathic scoliosis. CFA are linked to developmental deficits inducing Geometrical asymetries of the semicicular canals and otoliths Geometrical asymetries of the orbital cones Asymetries of the cerebellum They are associated with semi-circular canal anomalies (Rouzié et al, 2011) dans 67% des adolescents développant une scoliose idiopathique (SI) une asymétrie des réponses à un des tests de la fonction vestibulaire (test OVAR: off vertical axis rotation). Ce test évalue la fonction des voies vestibulaires centrales transportant les informations daccélérations linéaires, dont la pesanteur, vers le système nerveux central. Cette asymétrie a été observée dans quelques SI bien avant que la déformation rachidienne du rachis ne soit détectable. Actuellement nous cherchons à déterminer si la présence de cette asymétrie prédictive de scoliose grave et évolutive (Wiener-Vacher et al, 2011). There are reports of posture control and balance problems associated with adolescent idiopathic scoliosis (AIS), particularly in patients with severe curves. Somatosensory system is one of the three major sensory systems (vision, vestibular, and somatosensory system) those are involved in balance and posture. It is postulated but not proved that the posture control and balance problems in AIS are related to abnormal somatosensory function. 109 AIS girls and 56 age-matched healthy girls were recruited into the study. Abnormal SEP was much more frequently found in AIS patients (14.3%) than in healthy subjects (3.7%). SOT in this study demonstrated significantly increased COG sway associated with abnormal SEP. The finding of significant effect of SEP on the performance of balance control when subjects relied on somatosensory system further indicated the abnormal somatosensory function in a subgroup of AIS patients. (Cheng et al, 2011)


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