Applications cliniques de l'EMG de surface dans les pathologies neuromusculaires Jean-Yves Hogrel Institut de Myologie GH Pitié-Salpêtrière - 75651 PARIS Cedex 13

Analyse bibliographique Plus du tiers sont des articles à visées technologiques ou méthodologiques

Génération du signal EMG (repris de Basmajian et De Luca, 1985) Contraction volontaire Stimulation L'EMG de surface ne peut s'affranchir des effets des tissus situés entre les sources du signal (les fibres) et les sites de détection (les électrodes)

Variables dont l'EMG est tributaire Potentiel d'action d'unité motrice (PAUM) détecté en surface Vitesse de conduction Longueur et distribution Filtrage sur les fibres musculaires de la vague de dépolarisation spatial (moyenne et distribution statistique) pH intra-musculaire Amplitude et Diamètre des Température forme du potentiel fibres intra-musculaire d'action musculaires Production Dissipation H + H + Type de fibre Circulation sanguine Mouvements ioniques Niveau de contraction Configuration des électrodes Profondeur des fibres Zone d'innervation Localisation des électrodes Facteurs géométriques

Pathologies neuromusculaires -1 -0.5 0.5 1 1.5 2 mV -1 -0.5 0.5 1 mV Dwell time over RMS (s) 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 Surface Aiguille R = 0.610; p<0.0001 (repris de Huppertz et al., 1997)

Détection du signal 1. Electrode aiguille 2. Electrode jetable Ag/AgCl 4 3 5 1. Electrode aiguille 2. Electrode jetable Ag/AgCl 3. Electrode réutilisable Ag/AgCl 4. Electrodes Laplaciennes 5. Matrice d'électrodes sèches 6. Electrodes barre 1 6 2

Territoires musculaires explorés Membrane Cellule Unité motrice Muscle Coordination inter-musculaire Micro-électrode Electrode de fibre unique Détection invasive Electrode monopolaire conventionnelle Macro-EMG Matrice d'électrodes Détection non-invasive Electrode de surface conventionnelle EMG clinique EMG de surface "classique" - invasif (aiguille) - douloureux - risques de contamination - destruction de fibres musculaires - mesure sélective - non invasif - grande sensibilité aux conditions de mesure - mesure représentative mais peu sélective EMG à haute résolution spatiale compromis entre la sélectivité de l'aiguille et la représentativité de l'électrode de surface classique

Caractérisation du signal RMS = 0.360 mV Analyse temporelle MDF = 81 Hz MPF = 92 Hz Analyse spectrale R2 = 0.946 VCPA = 4.26 m.s-1 DT Analyse de propagation

Pathologies neuromusculaires Domaine temporel: augmentation de l'amplitude pour un niveau de force absolu (en daN) diminution de l'amplitude pour un niveau de force relatif (en %MVC) diminution de l'efficience neuromusculaire modifications des tissus péri-et intra-musculaires Domaine fréquentiel: plus de composantes haute-fréquences dans les myopathies plus de composantes basse-fréquences dans les neuropathies nombre d'études restreint: pas de conclusions définitives Modifications de la propagation: diminution de la VCPA dans les myopathies comportement variable dans les neuropathies atrophie ou dénervation (sélective) des fibres musculaires troubles de la conduction

Principe de détection pour l'étude de la VCPA S1 DT Méthodes globales DT Méthodes locales Zone d'innervation + - Unité motrice d + - Directions de propagation VCPA = d DT S2

Electrodes en ligne extinction propagation génération enregistrement bipolaire biceps brachii (aimablement fourni par R Merletti) tendon JNM extinction propagation génération (repris de Farina et al., 2002)

Matrice d'électrodes haute-densité (repris de Roeleveld et Stegeman, 2002) (repris de Zwarts et Stegeman, 2003) (repris de Kleine et al., 2000)

Matrice d'électrodes haute-densité (repris de Laptaki et al., 2003)

Configuration des électrodes Monopolaire +1 -1 Bipolaire +1 -1 Double differentiel +1 -2 1mV 10 ms Laplacien +1 -4

Pathologies neuromusculaires (repris de Huppertz et al., 1997) Valeur diagnostic équivalente de l’EMG à haute résolution spatiale et de l’EMG à l’aiguille

Vitesse de conduction des potentiels d'action

Vitesse de conduction des potentiels d'action Duchenne Normal 20 40 60 80 1 2 3 4 5 Diamètre des fibres musculaires (mm) VCPA des fibres musculaires (m/s) repris de Watkins et Cullen, 1985 repris de Cruz Martinez et Lopez Terradas, 1990

Estimation de distributions de VCPA contraction paramaximale abductor pollicis brevis électrodes Laplaciennes 3 voies sujet sain dystrophie musculaire canal carpien sévère 1 mV 10 ms 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 VCPA (m/s) VCPA (m/s) VCPA (m/s) VCPA=3.54 ±0.37 m.s-1 VCPA=2.17 ±0.13 m.s-1 VCPA=3.01 ±0.20 m.s-1

Applications cliniques (repris de Zwarts et al., 2000)

Pathologies neuromusculaires patient sujet contrôle paralysie périodique dans la myotonie généralisée blocage de la conduction le long des fibres musculaires (repris de Drost et al., 2001)

EMG de surface multi-électrodes Conclusions et perspectives L'EMG de surface ne peut s'affranchir des effets des tissus situés entre les sources du signal et leurs sites de détection La configuration des électrodes détermine les propriétés du signal et les analyses qui vont pouvoir en être faites La qualité du signal conditionne celle de son analyse L'EMG de surface est un outil complémentaire à l'EMG invasif Fibre musculaire Unité motrice Muscle Electrode aiguille EMG de surface multi-électrodes Activités spontanées Activités d'insertion Transmission neuromusculaire Densité de fibres Activités polyphasiques Taille Nombre Patron de recrutement Morphologie Type I, II Fatigue Homogénéité fonctionnelle Propriétés membranaires

Conclusions et perspectives L'EMG de surface est répétable sans contraintes pour le patient et l’équipe médicale Le développement d’indicateurs robustes pour le suivi des patients est pertinent et opportun (évaluation des effets de thérapies) amplitude du signal en contraction volontaire (en relation avec la force) VCPA (diamètre des fibres et propriétés membranaires) paramètres des potentiels d’action des unités motrices paramètres de la réponse motrice indices de fatigabilité Les améliorations technologiques et méthodologiques sont encore nombreuses (reproductibilité des mesures, décomposition du signal…) Utilisations spécifiques et non généralistes Implication d'un support industriel

Développements futurs... (repris de Stegeman, 2004)