Physiologie du contrôle postural
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Enseignement National DES de Médecine Physique et de Réadaptation – DIU de Rééducation Module : « Troubles de l’équilibre » Physiologie du contrôle postural Physiopathologie des troubles de l’équilibre Pr Dominic Pérennou Clinique de Médecine Physique et Réadaptation CHU Grenoble et labo CNRS Tim-C [email protected] Définitions Posture – contrôle postural – équilibre Plan Introduction au contrôle postural Qu’est qu’un bon équilibre ? Finalité du contrôle postural - Une posture Les prérequis Anatomie et physiologie des voies motrices et sensorielles Physiologie du contrôle Postural Tonus et réflexes posturaux Orientation posturale Stabilisation posturale Enseignement National DES de Médecine Physique et de Réadaptation – DIU de Rééducation Module : « Troubles de l’équilibre » Définitions Une posture est une attitude, définie par la position relative des segments corporels ainsi que par leur orientation dans l’espace. Plus généralement la terminologie posture transcende la simple description d'une géométrie corporelle particulière et sous-entend les mécanismes nerveux qui régulent les variations d'attitude, intentionnelles ou non. La recherche de l’équilibre est le facteur déterminant de l’organisation de la posture. Enseignement National DES de Médecine Physique et de Réadaptation – DIU de Rééducation Module : « Troubles de l’équilibre » L’équilibre est assuré lorsque La projection au sol du centre de masse peut être maintenue à l'intérieur de la surface d'appui. Enseignement National DES de Médecine Physique et de Réadaptation – DIU de Rééducation Module : « Troubles de l’équilibre » Le contrôle de l’équilibre prend en compte - Contraintes internes: masses et géométries corporelles - Contraintes externes: gravité stabilité des appuis sur un support perturbations éventuelles Enseignement National DES de Médecine Physique et de Réadaptation – DIU de Rééducation Module : « Troubles de l’équilibre ». Pr D Pérennou Prérequis L’oreille interne est l’organe de l’équilibre Le système nerveux est l’organe de l’équilibre Enseignement National DES de Médecine Physique et de Réadaptation – DIU de Rééducation Module : « Troubles de l’équilibre » Pr D Pérennou Prérequis Information efférente Muscles posturaux Motricité holocinétique Innervation ipsi et contralatérale du tronc Anatomie et physiologie des capteurs et voies afférentes Vision : périphérique Vestibulaire : otoliths, canaux semi-circulaires Proprioception : Ia, Ib, II Haptique Graviception somesthésique Interface sensoriel-moteur Comparaison copie afférente- mouvement effectué pour correction éventuelle (cervelet) Notion de modèle interne: synthèse sensorielle, résolution de conflits, transformation vecteur sensoriel en moteur, prédiction Rôle crucial du thalamus postéro-latéral dans la synthèse des graviceptions vestibulaires et somesthésiques : modèle interne de verticalité Barra et al Brain 2010 Le contrôle de l’équilibre sert à Fournir une base stabilisée à l’action Le contrôle de la posture participe à L’élaboration des représentations spatiales Physiologie du contrôle postural Une régulation du tonus Un contrôle de l’orientation antigravitaire Un contrôle de la stabilisation posturale Sémiologie des troubles posturaux Réflexes posturaux et tonus Réflexe d’étirement Réflexe tonique labyrinthique: répartition tonus entre hémicorps droit et gauche Réflexe tonique cervical: répartition tonus entre extenseurs et fléchisseurs Réflexe de redressement: surtout chat Réaction de support positive: augmente le tonus du membre inférieur dès le contact au sol Rôle mineur du réflexe d’étirement dans la régulation de la posture Illustration des réponses musculaires induites par une perturbation posturale (ici une rotation autour des chevilles). Les deux premières réponses sont enregistrées sur l'agoniste étiré (ici le muscle gastrocnénien médial). La première réponse de courte latence (SL) correspond au réflexe d'étirement dont la valeur fonctionnelle est faible. Lorsque la perturbation est une rotation orteils vers le haut autour de la cheville, la deuxième réponse de moyenne latence (ML) est déstabilisatrice. La troisième réponse de longue latence (LL > 100 ms) est une contraction de l'antagoniste (ici le tibialis) qui rétablit l'équilibre. D'après Bloem EBR 1999. Réflexes tonique du cou et labyrinthique Réflexes toniques du cou chez un nouveau-né et un sportif. La rotation de la tête d'un côté est associée à une augmentation du tonus dans les muscles extenseurs ipsilatéraux (d'après Fukuda modifié par Ghez in Kandel et al, Principles of Neural Science, International Edition). Ces réflexes peuvent être observés chez les patients en état végétatif chez qui une extension d'un membre supérieur est accompagnée d'une rotation de la tête de ce côté et d'une flexion du membre supérieur contralatéral. Tonus Le tonus musculaire essentiellement le tonus des muscles extenseurs ⇒ artisan principal de la lutte antigravitaire Régulation du tonus (moelle épinière et tronc cérébral) ⇒ mécanismes élémentaires de contrôle postural Tonus Le tonus musculaire essentiellement le tonus des muscles extenseurs ⇒ artisan principal de la lutte antigravitaire Régulation du tonus (moelle épinière et tronc cérébral) ⇒ mécanismes élémentaires de contrôle postural Faible rôle fonctionnel, normalement Troubles de l’équilibre liées aux troubles du tonus Troubles de l’équilibre causés par troubles du tonus Hypotonie : peu d’effet indépendant sur l’équilibre (si pas de déficit moteur et conditions clémentes) Spasticité: peu d’effet indépendant (équilibre dynamique difficile) Hypertonie extrapyramidale : Autre origine des troubles de l’équilibre chez les parkinsoniens Excitation sur voies vestibulo-spinales - Symétrique bilatérale : rétropulsion - Asymétrie Droite/Gauche : latéropulsion dont le modèle est la latéropulsion dans le syndrome de Wallenberg par atteinte des noyaux vestibulaires dans la fossette latérale du bulbe Pb: exploration difficile des voies vestibulo-spinales Rétropulsion Latéropulsion Video d’un patient pusher qui se lève Physiologie du contrôle postural Une régulation du tonus Un contrôle de l’orientation antigravitaire Un contrôle de la stabilisation posturale Enseignement National DES de Médecine Physique et de Réadaptation – DIU de Rééducation Module : « Troubles de l’équilibre ». Pr D Pérennou Relation étroite perception – action relativement à la gravité Perception de la verticale après AVC Verticale visuelle (VV) Teste graviception vestibulaire + vision Années 90 +++ Prédominance Graviception vestibulaire Et cortex vestibulaire (Insula ++) Brandt et Dieterich Verticale posturale (VP) Teste graviception somaethesique Années 2000 +++ Faible corrélation entre VV et troubles de l’équilibre: Kerkhoff 1998; Bonan et al 2006, 2007 Importance de la graviception somesthésique: Pérennou et al 1998; Benaim et al 1999; Pérennou et al 2002,2008; Barra et al 2010 The wheel paradigm Pérennou et al Brain 2008 Le sujet peut être incliné confortablement en sécurité Il indique dans quelle position il se perçoit vertical Postural vertical 20 15 10 5 Individual data Hemisphere strokes Contra VV tilt 55% Contra HV tilt 32 % 0 -5 Contra PV tilt 42 % -10 -15 Ipsi VV tilt 9% -20 Visual vertical 20 15 Transmodal contralesional tilt 10 Abnormal PV + VV + HV : 5 18 (22%) of the hemisphere strokes 0 -5 -10 -15 -20 Larger lesion Lateropulsion +++ Worst postural capacities and recovery Haptic vertical 20 15 10 Many cases of dissociation 5 0 -5 -10 -15 -20 Pérennou et al Brain 2008 Principal component analysis on VV, HV, and PV orientations 87 % of the variance explained by a two dimensional data structure PV HV VV Factor 1 Factor 2 VV HV PV 0 PV HV -0.5 VV 0 0.5 1 -1 Pérennou et al Brain 2008 VV HV PV -6 -4 -2 0 Orientation of the biological vertical (°) Comparative analysis of verticality estimates in patients with a left (open symbols) or a right (black symbols) hemisphere stroke. Mean values ± SE. Pérennou et al, Brain 2008 VH VV and PV Hemispheric stroke Contralesional lateropulsion Pushing (n=6) Ranges of Normality (n=33) Hemispheric stroke Contralesional lateropulsion No pushing (n=29) Hemispheric stroke No Lateropulsion (n=45) haptic vertical Brain stem stroke (n=6) Ipsilesional lateropulsion visual vertical postural vertical -15 -10 -5 0 Tilt of the biological contralesional tilt 5 10 vertical (°) 15 Ipsilesional tilt 20 Pérennou et al Brain 2008 En résumé sur la latéropulsion Deux types de latéropulsion 1. Lésion du tronc cérébral Lateropulsion Ipsilesionnelle Causée par trouble sur voies vestibulospinales (tonic asymmetry) Association fréquente aux troubles vestibulooculaires :torsion oculaire ipsilesionnelle, skew deviation, head tilt, VV tilt Patient conscient de sa latéropulsion From Brandt & Dieterich 1994 En résumé sur la latéropulsion Deux types de latéropulsion 2. Lésion d’un Hemisphere (cortex) Lateropulsion contralesionnelle Alignement du corps sur une verticale biologique erronée Patient fréquemment non conscient de sa lateropulsion (au début) Pushing : Biais dramatique de PV Corrélats anatomiques du Pushing Cortex parieto-insulaire Johannsen et al 2006 Thalamus postero-lateral Karnath et al 2005 En résumé sur la rétropulsion Tilted biological vertical Fear of falling forward Tonic asymmetric Lien très probable entre rétropulsion et Inclinaison postérieure de la verticale biologique pour : - Personnes âgées fragiles - Parkinsoniens En résumé sur les troubles de l’orientation verticale Atteinte unilatérale du tronc cérébral ou vestibulaire périphérique: Pb d’orientation lié à une asymétrie de tonus. Atteinte hémisphérique unilatérale (cortex parietal, temporal ou insulaire, thalamus): Pb d’orientation latérale lié à un biais dans la verticale biologique. Atteinte centrale bilatérale sur les voies de la graviception somesthésique ou vestibulaire : Pb d’orientation sagittale lié à un biais dans la verticale biologique. Atteinte bilatérale sur les voies de la graviception somesthésique ou vestibulaire périphérique (centrale ou périphérique): incertitude sur la direction de la verticale. Physiologie du contrôle postural Une régulation du tonus Un contrôle de l’orientation antigravitaire Un contrôle de la stabilisation posturale Simplification de la commande motrice : synergies musculaires Stratégies de hanche, de cheville et d`abaissement du CM pour maintenir l'équilibre debout. Rôle crucial des ganglions e la base dans la flexibilité du répertoire de stratégies posturales D’après Horak et al J Neurol Sci 1992 Rôle crucial du cervelet dans la coordination posturale Illustration de l’asynergie cérébeleuse D’après Babinski, Rev Neurol 1899 L’ataxie cérebelleuse : Oscillations posturales amples à fréquence haute D’après Pérennou et al, Ann Réadapt Med Phys 2005 Sélection d’un référentiel stabilisé Stratégies de stabilisation de la tête. A) stabilisation de la tête en tangage chez le chat (reflexes du cou).B) deux stratégies de stabilisation de la tête en roulis décrites chez l`homme. D’après Massion, 1997. Rôle des informations sensorielles Sélection de la stratégie de stabilisation Stabilisation de la Tête: vision et vestibulaire +++ Stabilisation du tronc: proprioception ++ Stabilisation du centre de masse: modèle interne ++ Stratégie de cheville: somesthésie ++ Stratégie de hanche: vestibulaire ++ Réduire amplitudes oscillations posturales Vision périphérique Proprioception Vestibulaire : canaux semi-circulaires Elaboration modèles internes (centre de masse) Posturographie avec la vision Posturographie sans la vision Exemple de troubles de l’équilibre complexe: AVC 1. Biais d’orientation / gravité 2. Troubles de stabilisation Déformations orthopédiques associées Déficit moteur Déficit d’intégration des messages sensoriels Altération des référentiels spatiaux S tanding posture: a com prom ise betw een orientation and stabilisation Lectures conseillées sur la physiologie du contrôle postural Bien qu’un peu anciennes les 3 monographies suivantes en langue française sont incontournables. Les modèles théoriques du contrôle postural y sont présentés par des maîtres à penser. Bouisset et Mathon. Muscles, posture et mouvement. Hermann, 1995 Massion. Cerveau et motricité. PUF 1997 Berthoz. Le sens du mouvement. Odile Jacob, 1997 Lire aussi en priorité les chapitres suivants: Horak et Macpherson, Postural Orientation and Equilibrium dans Handbook of Physiology (Rowell and Shepherd), Oxford University Press 1997 Posture, mouvements, motricités dans Principles of Neural Science (Kandel, Schwartz and Jessell), Mc Graw-Hill, 2000 Ainsi que Bronstein, Brandt, Woollacott, Nutt. Clinical disorders of balance posture and gait. Arnold Edit, 2nd edition 2004. Livres des congrès de l’APE (M Lacour), Collection Posture-Équilibre, Solal Ce cours a repris plusieurs notions écrites dans : Pérennou et Amblard, Posture et Equilibre. J Réadapt Méd 2001 pp19-29.
