Mise au point La stimulation électrique fonctionnelle, appareillage et technique de facilitation A 1111. Killésith .. 1978.5.437-447 D. THOMAS * L'ouverture que représente la Stimulation Électrique Fonctionnelle devait être présentée à nos lecteurs, dont certains sans doute seront attirés par les possibilités offertes. Ils auront soin de lire avec soin les conseils de l'auteur, qui reste d'un optimisme mesuré. Comme souvent lorsqu'il s'agit de patients, l'indication conditionne le succès de l'application du remède quelle qu'en soit la nature: la stimulation électrique de muscles paralysés ou parésiés nefait pas exception à cette règle, et rien ne permettra defaire marcher des personnes trop profondément atteintes; mais il faut connaître cette ((arme nouvelle ))si l'on veut en faire profiter quelques patients. Vieille de seulement dix-sept ans, la stimulation électrique fonctionnelle (S.E.F.) a dépassé le stade expérimental. Plus d'un millier de patients dans le monde ont été soit traités par cette nouvelle méthode lors de leur réadaptation en centre, soit utilisent quotidiennement des orthèses électriques. Spécialisation de l'électrothérapie, la stimulation électrique fonctionnelle (S.E.F.). (F.E.S. en anglais) a été définie comme la stimulation électrique des muscles (aussi bien striés que lisses) privés du contrôle nerveux, dans le but de provoquer une contraction produisant un mouvement fonctionnel, utile. Cet article se cantonne à la S.E.F. appliquée au membre inférieur pour la locomotion et au membre supérieur pour l'extension de la main et la lutte contre la spasticité . • M.C.M.K .. Registered Physical Therapist (U.S.A.). ancien membre des équipes de recherche sur la S.E.F. Rancho Los Amigos Hospital (Californie) et au Zavod za Rehabilitacijo Invalidov, Ljubljana, Yougoslavie. Adresse personnelle: 28. bd du Maréchal-Leclerc, F 38000 Grenoble. 437 Si l'utilisation du courant électrique en médecine est connue depuis l'antiquité, il semblerait que les premiers auteurs qui aient cité l'électrostimulation pour provoquer un mouvement aboli par une lésion de la commande nerveuse centrale soient Kratzenstein en 1746 (8) et Deshais (3) dans sa thèse de médecine intitulée « De Hemiplegia per Electricitatem Curanda» et présentée à l'Université de Montpellier en 1749. C'est en 1967 que les effets efférent et afférent de l'électrostimulation ont été définis. Jusqu'au début du XXe siècle seul l'effet efférent était reconnu et utilisé avec plus ou moins de succès pour prévenir l'atrophie musculaire dans les cas de lésions périphériques, centrales, et de dégénérescence du muscle. L'effet afférent ou rôle d'information corticale de la stimulation ne sora découvert que plus tard et sera appliqué aux paralysés d'origines centrales tels que l'hémiplégique adulte et l'LM.C. Nous entrons ici dans 1.9 domaine de la facilitation. En 1960, l'Américain Liberson a imaginé, pour un hémiplégique adulte présentant un pied tombant, un dispositif qui permet de stimuler le nerf S.P.E. et donc de provoquer la dorsiflexion du pied uniquement durant la phase oscillante du pas (10). Ainsi est née la S.E.F. locomotrice, ambulatoire (fig. 1). Depuis ce premier stimulateur péronier, un travail intensif a été entrepris, principalement aux États-Unis et en Yougoslavie. 1 LE STIMULATEUR a. Stimulation des releveurs du pied pendant la phase oscillante, évitant le (( steppage ii chez un sujet hémiplégique. Fig. 1. - 438 interrupteur 1 PERONIER DE LlBERSON au talon b. Dessin du montage, avec l'interrupteur qui règle les décharges de courant. GÉNÉRALITÉS CLiNIOUES limites La S.E.F. ne peut être appliquée qu'en neurologie centrale. Lors de la lésion du premier motoneurone, la voie finale commune de Sherrington reste intacte. L'excitabilité musculaire et des nerfs périphériques demeurant inchangée, il est donc possible d'obtenir une contraction musculaire rapide et fonctionnelle. Pour bénéficier de la S.E.F. au niveau des membres inférieurs il est nécessaire que le patient puisse marcher avec l'aide d'une personne au maximum. Car au stade actuel de la technologie, si la S.E.F. peut améliorer la marche, elle ne peut pas faire marcher un patient n'ayant aucun contrôle moteur. Indications Les indications typiques sont les atteintes des centres supérieurs du système nerveux central: L'hémiplégie de l'adulte. · L'hémiplégie de l'enfant. · Syndrome de Little. Les atteintes médulaires : · Paraparésies · Myélites. Les meilleurs résultats ont été observés sur des lésions non évolutives, sur des sujets relativement jeunes, et en règle générale sujets reconnus comme bons candidats à la réhabilitation. GÉNÉRALITÉS sur les TECHNIOUES Pratiquement tous les appareils disponibles sur le marché utilisent des courants excitomoteurs de basse fréquence avec des trains d'impulsion de forme rectangulaire. La fréquence, la largeur des impulsions, le voltage de sortie et la durée du train de stimulation sont réglables sur la plupart des appareils (2) (4) (fig. 2). La majorité des appareils utilisent la stimulation de surface par électrodes placées sur le nerf moteur ou le corps musculaire. Quelques appareils transmettent une onde radio à un récepteur sous-cutané activant des électrodes implantées à proximité du nerf moteur. Déclenchement et transmission de la stimulation Au membre inférieur, pour la marche, la stimulation est déclenchée par un interrupteur situé dans le talon d'une semelle glissée dans la chaussure. La transmission du signal de l'interrupteur talonnier au 439 'lm'" 1. 1 ~ 0.1 LARGEUR DES IMPULSIONS " - FREOUENCEIHz) 80'C})' 25"/f~, . 5$'C)' .," 03" . j AUTO 'w'- ~ MANU TRAIN D'IMPULSIONS " (""'" - TEMPS 10$'©'" 2$" J. 15 ~"._ O~'- \ ,, REPOS •••. PROLONGATION RETARD Fig. 2. - La pile alkaline donne l'échelle de l'appareil; les indications permettent de se rendre compte des paramètres de stimulation. stimulateur est assurée par câble, ou par transmission télémétrique. Au membre supérieur, le déclenchement est assuré par un potentiomètre activé par le mouvement du moignon de l'épaule. La transmission se fait par câble. lA S.E.F. : UN NOUVEAU MODE D'APPAREillAGE Dans l'utilisation de la S.E.F. en tant qu'appareillage, seul est pris en considération le rôle efférent de l'électro-stimulation: la contraction musculaire. L'idée d'éliminer un appareillage externe, rigide, lourd, encombrant, par le jeu musculaire du patient lui-même est séduisante. Il « suffit» de remplacer la commande physiologique lésée par un stimulus électrique de durée déterminée, déclenché de façon précise en synchronisation avec un acte automatique ou volontaire. Seuls les appareils les plus simples au point de vue installation peuvent être utilisés pour un appareillage fonctionnel; les appareils à 1 canal à électrodes de surface ou à électrodes implantées, car la complexité de l'application, c'est-à-dire la recherche des points moteurs pour le placement d'électrodes de surface, et la manipulation avec une seule main (hémiplégique). limite ce genre d'orthèses aux patients ayant 440 conservé leurs facultés intellectuelles, ou qui disposent, dans leur entourage, de personnes pouvant les aider à effectuer un placement correct. Opposition: M.S. - M.1. Le rôle des M.1. est d'assurer la marche. La marche est une activité répétitive, stéréotypée. Le déclenchement de la stimulation ne pose que peu de problèmes puisqu'il y a alternance de décollements et de contacts du talon par rapport au sol. La programmation de la stimulation est inexistante pour une orthèse péronière étant donné que le début d'activité des dorsifléchisseurs correspond avec le décollement du talon. C'est pourquoi, de nombreux appareils ont été développés et sont commercialisés pour le pied tombant. Les mouvements du M.S. sont bien plus complexes que ceux du M.1. Les corps musculaires, mis à part les fléchisseurs et extenseurs du coude, du poignet et de la main, sont de petites dimensions et donc difficilement stimulables. Il est difficile d'obtenir un mouvement vraiment fonctionneL Le problème de la programmation, afin de synchroniser différents mouvements, est extrêmement compliqué. Le déclenchement est difficilement réalisable à partir des mouvements présents sur un M.S. paralysé, aussi un déclenchement « à distance» est utilisé, par exemple: déclenchement par élévation du scapulum. Le matériel existant et disponible sur le marché Des stimulateurs conçus pour la S.E.F. des membres inférieurs et supérieurs sont fabriqués dans les pays suivants: États-Unis, Yougoslavie, Italie, Suède et Australie. En France, ce type de matériel est manufacturé par la firme « Électronique 2000 ». Perspectives futures pour la S.E.F. Appareillages Le futur de la S.E.F. appareillage réside surtout dans les stimulateurs implantés (5). Actuellement, des stimulateurs à un canal ont été implantés avec succès pour activer les abducteurs de la hanche afin d'éviter la chute controlatérale du bassin, et pour activer le quadriceps (12). La firme « Medtronic» travaille sur un stimulateur péronier entièrement implanté et qui aurait une autonomie de trois ans. Dans les années à venir, nous verrons l'apparition de stimulateurs implantés à plusieurs canaux. Il en existe déjà expérimentalement plusieurs modèles à deux canaux pour contrôler, par exemple, un pied tombant et un déficit de l'extension de la hanche. Il faut noter les projets de stimulateurs multicanaux à électrodes implantées, de l'ingénieur Picard, destiné aux tétraplégiques (Centre d'Études Nucléaires de Grenoble) et du Docteur Delamare de l'Université de Nancy. 441 S.E.F. : MÉTHODE DE RÉÉDUCATION PAR LA FACILITATION (OU L'ÉLECTROSTIMULATION THÉRAPEUTIQUE) Observations cliniques Citons Liberson, l'inventeur de la première orthèse électronique, « Une observation remarquable a été faite et qui va demander des études ultérieures. Plusieurs fois, nous avons observé, après la marche avec "orthèse électrophysiologique, que les patients acquièrent la capacité de faire une flexion dorsale du pied. Il ya une sorte de conditionnement qui se manifeste particulièrement par l'activité du jambier antérieur. Cependant, ces périodes d'activité spontanée sont seulement transitoires et un réenforcement de l'électrothérapie fonctionnelle semble nécessaire». (10) Cet effet de « carry over» fut noté également par Mc Neal en 196 9, (11) Gracanin en 1972 (5). Vodovnik en 1972 et 1973, et Merletti en 1974.(13) Historique Ces considérations rejoignent les travaux de Kabat qui, dès 1950, cita la stimulation électrique comme une technique de facilitation de choix en même temps qu'une technique permettant le relâchement des muscles spastiques antagonistes. (9) Dans les années 1950, Zankel décrivit le « S.A.E.» exercice aidé par l'électrostimulation, et avance un chiffre de 25 % de bons résultats sur des hémiplégiques. (14) Des électrodes étaient fixées sur un groupe musculaire du M.S. et la stimulation était déclenchée par un thérapeute en même temps qu'était donné l'ordre de plier ou d'étendre le segment voulu. Le but était d'associer la commande volontaire du mouvement et la contraction provoquée par la stimulation. De par la technologie de l'époque (appareils encombrants), l'application était difficile, requiérant l'immobilisation de rééducateurs. Il ne s'agissait que d'exercices thérapeutiques mais déjà le patient devait associer son ordre moteur volontaire au déclenchement de la stimulation pour que se crée une nouvelle boucle de « feed back». Avec l'apparition des transistors, puis des circuits intégrés, des stimulateurs de poche purent être créés. L'association exercices actifs et renforcement par la stimulation put être pratiquée plus souvent par le patient seul en vue d'augmenter le temps de facilitation. Le stimulateur portable devenait partie intégrante du patient. A la vue des observations cliniques précédemment citées, plusieurs centres en Yougoslavie et aux U.S.A. commencèrent à stimuler systématiquement les patients de neurologie centrale dès leur admission en service de rééducation. " est encore bien tôt pour avancer des chiffres sur le pourcentage des patients améliorés par cette nouvelle teéhnique. Des études sont encore en cours. Cependant, Gracanin avance, pour la stimulation péronière, que 442 5 % des patients présentant un pied tombant, rebelle à toute rééducation antérieure, sont améliorés au point de se passer de toute orthèse, et 25 % sont nettement améliorés. (5) la stimulation à plusieurs canaux En 1970, Kralj introduisit un stimulateur à trois canaux avec électrodes de surface pour renforcer la stabilité du M.I. pendant la phase portante de la marche. (7) En 1974, Kralj, devant le succès remporté par la stimulation à trois canaux, introduisit un stimulateur à six canaux permettant une application à pratiquement tous les déficits observables dans la marche d'un sujet victime de paralysie centrale. Le principe de l'application consiste à reproduire les mouvements abolis ou affaiblis en calquant le programme de stimulation sur l'activité électromyographique physiologique des groupes musculaires concernés. La programmation de chaque canal se fait sur trois paramètres: l'intensité de la stimulation; le déclenchement et la durée de la stimulation, réglés par rapport au décollement ou au contact du talon. Le contrôle du déclenchement et de la durée de la stimulation sont assurés par de petites lampes témoins. Installer l'ensemble de l'équipement prend moins de dix minutes pour un thérapeute compétent. Ensuite, le thérapeute marche à côté du patient et ajuste, s'il le faut, certains paramètres. Certains groupes musculaires sont facilement stimulables, d'autres le sont difficilement. Cependant, il ne faut pas perdre de vue que, outre le côté fonctionnel: l'amélioration immédiate de la qualité de la marche, le côté facilitation par le renforcement des stimuli proprioceptifs et extéroceptifs périphériques est recherché. Il convient donc d'utiliser le plus de canaux possible (fig. 3), A ce propos, il est intéressant d'observer que, chez certains patients présentant un déficit de la sensibilité proprioceptive, le seul fait d'utiliser une stimulation à visée uniquement afférente (en dessous du seuil de motricité), provoque le mouvement désiré. Le réglage de l'appareil suppose donc une bonne connaissance de l'électrostimulation, de la marche et des activités musculaires de la part du thérapeute. Ces appareils étant difficiles à régler, ne sont, bien sûr, que des appareils de rééducation. ACTION DE lA S.E.F. SUR lA SPASTICITÉ La stimulation électrique a un effet connu sur le relâchement de la spasticité. Kabat avait déjà remarqué le relâchement des muscles antagonistes consécutifs à la stimulation des agonistes (9). Dimitrijevic et Gracanin précisent que certains paramètres sont importants à respecter pour obtenir une suppression effective du clonus : (5) - La fréquence des impulsions doit avoisiner 50 cycles. 443 Fig. 3. - Stimulateur à 6 canaux en utilisation sur un sujet paraparésique, la marche étant facilitée grâce à la Stimulation Électrique Fonctionnelle. - La durée du train d'impulsions doit dépasser 400 ms. L'intensité du stimulus doit être réglée pour provoquer une onde « H ». La suppression de la spasticité permet la réapparition de mouvements inhibés par celle-ci. Ceci est à la base de nombreuses techniques de rééducation. " est intéressant d'observer que, sur certains patients hémiplégiques présentant un pied varus équin spastique avec griffe des orteils, la S.E.F. ambulatoire avec un stimulateur péronier provoque outre la dorsiflexion et l'éversion du pied pendant la phase oscillante du pas, une abolition du varus de la cheville et de la griffe spastique des orteils pendant la phase portante. " est aussi intéressant d'observer que sur certains I.M.C. présentant un syndrome de Little, la S.E.F. des nerfs sciatiques poplités externes provoque outre la dorsiflexion et l'éversion des pieds, l'inhibition du « schéma de spasticité» des rotateurs internes, les M.I. se placent en rotation indifférente (fig. 4). Ce phénomène n'arrive cependant pas à contrecarrer une très forte spasticité. Dans ces cas, l'association d'un bloc nerveux par alcoolisation ou par phénolisation, ou une rhizotomie postérieure sélective, avec stimulation des antagonistes, semble indiquée (6). 444 Fig. 4. - Enfant IMC marchant stimulateur peronier bilatéral. RECONDITIONNEMENT PAR LA S.E.F. DU SYSTÈME avec un NERVEUX CENTRAL Le fait que le mouvement aboli réapparaisse chez certains patients de façon transitoire tout de suite après les premières séances et définitivement chez certains sujets après une stimulation chronique de quelques mois, prouverait que l'effet afférant de la stimulation agit au niveau médullaire et également au niveau des centres supérieurs. L'augmentation des stimuli extéroceptifs et proprioceptifs canalisés par les nerfs périphériques provoquerait une certaine reprogrammation, une certaine réorganisation motrice. Le fait que cette stimulation soit associée et synchronisée à l'ordre volontaire ou automatique, que cet ordre soit affaibli ou disparu, réveillerait ou reformerait une boucle de « feed back» par voies de suppléances (Hg. 5). PLACE DE LA S.E.F. EN RÉÉDUCATION FONCTIONNELLE La S.E.F. s'insère dans le cadre des méthodes de rééducation par la facilitation. Les indications pour l'utilisation de la S.E.F. en rééducation sont limitées en raison de la nécessité d'une voie finale commune viable. 445 SEF CENTRES CENTRES 5YSHME -VOLONTE" ACTION ME DULL AI RES SUPERI EURS L F MOT EU R A E XTERO ET PROPRIOCEPTEURS RECONDITIONNEMENT PAR LA. S.E.F. DU S.N.C. (Schéma de Vodovnik) Fig.5. - Schéma proposé par VODOVNIK pour expliquer nerveux central par la Stimulation Électrique Fonctionnelle. le « reconditionnement» du système L'application est donc pratiquement réservée à la neurologie centrale. Ses buts sont aussi limités à : 1. L'amélioration de la marche. 2. La lutte contre la spasticité au niveau des--membres. On voit l'intérêt de l'application de la S.E.F. chronique sur l'enfant et l'adulte pour éviter certaines rétractions musculo-tendineuses. 3. Au rôle d'information corticale avec, dans certains cas, la possibilité d'une reprogrammation motrice et la restauration de mouvements abolis. Lorsque l'indication est posée, la S.E.F. s'avère plus efficace que les autres méthodes de facilitation car c'est une méthode de facilitation fonctionnelle. Elle amène une nouvelle arme dans l'arsenal des techniques et s'intègre parfaitement avec les autres méthodes de rééducation (1) (6). De plus, l'investissement en matériel est minime et le temps de pose de l'appareillage n'immobilise pas trop le personnel de rééducation. La S.E.F. ne peut donc que pousser plus loin la rééducation en neurologie centrale. CONCLUSION Pour de nombreux rééducateurs, la stimulation électrique fonctionnelle fait maintenant partie des moyens classiques d'appareillage. Technique récente, elle a déjà gagné ses lettres de noblesse. En 1973, l'Association des Ingénieurs Professionnels de New York a cité l'implant péronier Medtronic comme l'une des dix réalisations les plus importantes de l'année. Et pourtant, un long chemin reste à faire, la S.E.F. n'en est 446 encore qu'à son balbutiement. En tant que méthode de rééducation, l'avenir est peut-être plus restreint. La S.E.F. permettra toutefois d'utiliser certains potentiels restés réfractaires à une rééducation conventionnelle. Bibliographie 1. ANDRÉ J.M., PAQUIN J.M., ALBERT A et al. - Stimulation Électrique inférieur de l'hémiplégique adulte. Actualités en rééducation fonctionnelle sous la direction de Simon L., Masson, édit., Paris, 1978. 2. CANZONERI J., LOENIG D.E. - Characteristics of TIRR EPA-2 and Device used by therapist. Internai Report, Texas Institute for Rehabilitation 1972. fonctionnelle du membre et réadaptation. 3" série, Associated Prescription and Research, Houston, 3. 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