La stimulation électrique fonctionnelle,

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)'
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AUTO
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TRAIN D'IMPULSIONS
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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.
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