Évaluation du contrôle postural et de l’activation musculaire des extrémités inférieures chez les personnes atteintes d’instabilité chronique de la cheville

La posturographie dynamique informatisée (CDP) est une technique objective pour l’évaluation de la stabilité posturale dans des conditions statiques et dynamiques et une perturbation. Le CDP est basé sur le modèle pendule inversé qui retrace l’interrelation entre le centre de pression (COP) et le centre de gravité (COG). COG est la projection verticale du centre de masse (COM), tandis que com est l’équivalent de point de la masse corporelle totale dans le système de référence global. Cop est l’emplacement de point du vecteur vertical de force de réaction au sol. Il représente une moyenne pondérée de toutes les pressions sur la surface de la zone de contact avec le sol¹. La stabilité posturale est la capacité de maintenir l’COM dans la base du soutien dans un environnement sensoriel donné. Il reflète la capacité de contrôle neuromusculaire qui coordonne le système nerveux central avec le système sensoriel afférent (vision, proprioception, et sensation vestibulaire) et la sortie de commande moteur².

Les méthodes d’évaluation antérieures pour le contrôle postural, telles que le temps pour une position d’une jambe et la distance de portée pour les tests d’équilibre Y, sont orientées vers les résultats et ne peuvent pas être utilisées pour évaluer objectivement la coordination entre les systèmes sensoriels et le contrôle moteur³. En outre, certaines études ont utilisé portable informatisé wobble board, qui quantifiait les performances d’équilibre dynamique à partir des paramètres de laboratoire^4,5,6. Le CDP diffère des méthodes d’essai susmentionnées, car il peut être appliqué à l’analyse de la proportion de la vision, de la proprioception et de la sensation vestibulaire dans le maintien de la stabilité posturale et à l’évaluation de la proportion de la stratégie motrice, telle que la stratégie dominante de la cheville ou de la hanche. Il a été considéré comme une norme d’or pour la mesure de contrôle postural⁷ en raison de sa précision, la fiabilité et la validité⁸.

L’instabilité chronique de la cheville (CAI) se caractérise par des douleurs persistantes à la cheville, un gonflement et une sensation de « céder » ; c’est l’une des blessures sportives les plus courantes⁹. CAI provient principalement d’entorses latérales de la cheville, qui détruisent l’intégrité et la stabilité du complexe ligamentaire latéral de la cheville. La proprioception, la force musculaire fibulaire et la trajectoire normale du talus sont altérés^10,11. Les carences du segment faible de la cheville peuvent entraîner un contrôle postural déficient et l’activation musculaire chez les personnes atteintes de CAI¹². Cependant, peu d’études ont étudié la stabilité posturale des individus avec CAI en utilisant CDP^3,13. Les mesures actuelles pouvaient rarement analyser l’insuffisance de contrôle de posture de cai du point de vue de l’analyse sensorielle. Par conséquent, la capacité de l’organisation sensorielle et la stratégie posturale de CAI pour maintenir la stabilité posturale a besoin d’exploration plus poussée.

L’activité musculaire est un élément important du contrôle neuromusculaire qui affecte la régulation de la stabilité posturale^14,15. Cependant, le CDP surveille uniquement l’interrelation entre cop et cog à travers des plaques de force, et son application à l’observation du niveau spécifique d’activation des muscles inférieurs des membres chez les personnes atteintes de CAI est difficile. Actuellement, peu d’études ont évalué la stabilité posturale des individus avec CAI par une méthode qui combine CDP avec l’électromyographie (EMG).

Par conséquent, le protocole développé vise à explorer le contrôle postural et l’activité musculaire connexe en combinant CDP et système d’électromyographie de surface (sEMG). Ce protocole fournit une nouvelle approche pour étudier le contrôle neuromusculaire, y compris l’organisation sensorielle, le contrôle postural, et l’activité musculaire connexe, pour les participants avec CAI.

Avant les tests, les participants ont signé un consentement éclairé après avoir reçu des renseignements sur le processus expérimental. Cette expérience a été approuvée par le comité d’éthique de l’Université des Sports de Shanghai.

1. Configuration de l’équipement

1. Allumez le système CDP, effectuez l’autoébrasion complète et assurez-vous que l’instrument fonctionne normalement à une fréquence d’échantillonnage de 100 Hz.
   NOTE : Chacune des deux plaques de force indépendantes installées mesure trois forces (Fx, Fy et Fz) et trois moments (Mx, My et Mz). L’axe x est dans la direction gauche-droite et est perpendiculaire au plan sagittal. L’axe y est dans la direction avant-arrière et est perpendiculaire au plan coronal. L’axe z est perpendiculaire au plan horizontal. Les origines sont situées au centre des plaques de force.
2. Double-cliquez sur Système du Gestionnaire d’équilibre | Module clinique, puis cliquez sur Nouveau patient et établir l’ID du patient. Entrez une taille précise, le poids et l’âge. Sélectionnez Test d’organisation sensorielle, position unilatérale, limites de stabilité, test de contrôle moteur et test d’adaptation.
   REMARQUE : Ces données démographiques sont également utilisées pour l’analyse diagnostique normative adaptée à l’âge.
3. Activez le système d’électromyographie de surface (SEMG) et doublez l’icône EMG Motion Tools. Spécifiez le signal de déclenchement comme Trigger In (Arrêt manuel),établissez l’ID participant et faites correspondre les muscles mesurés à l’électrode sans fil. Les muscles des membres inférieurs instables sont vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis antérieur (TA), longus péronéal (PL), gastrocnemius medialis (GM), et gastrocnemius lateralis (GL).
   REMARQUE : L’expression Trigger In (Manuel Stop) indique que CDP déclenche le système seMG pour capturer les données EMG pendant les tests, mais l’indicateur « fin » nécessite un clic manuel pour arrêter l’acquisition.
4. Connectez le système sEMG au système CDP via la ligne de synchronisation. Réglez la caméra du système sEMG pour capturer la lumière indicateur de signal du système CDP.
   REMARQUE : La vidéo de la lumière indicateur est recueillie de façon synchrone avec le système CDP et le sEMG pour couper le cycle correspondant de l’EMG conformément aux tests CDP. « Léger » indique que le test est en cours, et « light off » indique que le test est interrompu/arrêté.

2. Sélection et préparation des participants

1. Utiliser les critères d’inclusion suivants pour les participants à l’ICA : (1) 35 participants masculins ayant une activité quotidienne régulière, à l’exclusion des athlètes professionnels ou des participants sédentaires; (2) 20 à 29 ans; (3) antécédents d’au moins une entorse importante de la cheville, et l’entorse initiale doit avoir eu lieu au moins 12 mois avant l’inscription à l’étude; (4) les sentiments de « donner » de l’articulation blessée de la cheville et/ou de l’entorse récurrente et/ou du « sentiment d’instabilité » et (5) un score de questionnaire d’outil d’instabilité de cheville de Cumberland de moins de 24 points¹⁶.
   1. Exclure les participants ayant des antécédents d’entorses bilatérales, de fractures des membres inférieurs, d’opération, de maladies nerveuses et vestibulaires du système ou d’allergie à l’enregistrement. De plus, recruter 35 participants masculins sans CAI, dont les données démographiques correspondaient au groupe de l’ICA, en tant que groupe témoin.
2. Pour la préparation, fixer la pièce d’électrode sur le ventre des muscles mesurés. Demandez aux participants de porter un harnais de sécurité et de se tenir pieds nus sur les plaques de force pour faire face à l’environnement visuel.
   1. Ajuster l’alignement des pieds sur les plaques de force. Alignez le malleolus medialis avec la ligne horizontale et le bord latéral du pied avec la ligne de hauteur générée par ordinateur correspondante (lignes S, M et T). Éteignez l’écran intégré dans l’environnement visuel (Figure 1).
      REMARQUE : Ces lignes directrices sont basées sur les hauteurs suivantes. « » signifie « etit » et comprend des hauteurs allant de 76 cm à 140 cm. « » signifie « me » et comprend des hauteurs allant de 141 cm à 165 cm. « » signifie « rand » et comprend des hauteurs allant de 166 cm à 203 cm. L’écran peut produire des effets d’apprentissage, car il peut fournir une rétroaction visuelle en temps réel. Ainsi, l’écran doit rester fermé pendant l’essai, sauf pendant l’essai de limite de stabilité (LOS)¹⁷.

Figure 1 : Préparation des participants pour la mesure. Les participants se tiennent debout pieds nus pour faire face à l’environnement visuel, portent un harnais de sécurité, alignent correctement leurs pieds avec les plaques de force et fixent les électrodes EMG sans fil sur leurs jambes. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

3. Procédures de mesure

1. Mesure CDP
   1. Test d’organisation sensorielle
      1. Demandez aux participants de se tenir debout et de maintenir leur COG aussi stable que possible pour faire face à l’interférence de la vision, du somatosensory et de la sensation vestibulaire (essiment ou combiné) (tableau 1). Effectuer les mesures des conditions 1 à 6. Chaque test dure 20 s. Répétez la procédure trois fois pour chaque condition.
   2. Position unilatérale
      1. Demandez aux participants de placer leurs mains sur la colonne vertébrale iliaque supérieure antérieure les yeux ouverts/fermés. Considérez le côté instable de la cheville comme la jambe de soutien. Étendre complètement leur articulation du genou et plier le genou de leur jambe non supportative d’environ 30°. Permettre aux participants de rester debout pendant 10 s. Répétez la procédure trois fois pour chaque condition visuelle.
   3. Limite de stabilité
      1. Demandez aux participants de maintenir leur COG dans la zone centrale. En entendant l’anneau, penchez leur corps et déplacez leur COG rapidement dans le cadre ciblé dans l’écran. Demandez aux participants de rester stables pendant 10 s. Effectuez le déplacement directionnel de leur COG (avant, avant-droit, droit, droit-arrière, arrière, arrière-gauche, gauche et gauche).
         REMARQUE : Dans le processus de déplacement du COG, le corps est maintenu droit, le talon ou les orteils ne sont pas loin des plaques de force, et l’articulation de la hanche n’est pas pliée.
   4. Essai de commande moteur
      1. Demandez aux participants de réagir efficacement pour rétablir la stabilité du corps et faire face au glissement inattendu des plaques de force. Répétez la procédure trois fois pour chaque état de glissement.
         REMARQUE : Les plaques de force sont glissées avec une amplitude petite/moyenne/grande dans la direction antérieure/postérieure. Selon la hauteur du participant, l’amplitude de glissement des plaques de force est automatiquement ajustée. Les procédures standard doivent être suivies pour aligner la position du pied sur les plaques de force. Il existe un délai aléatoire entre les essais.
   5. Test d’adaptation
      1. Demandez aux participants de réagir efficacement pour rétablir la stabilité du corps et faire face à cinq rotations inattendues consécutives à une vitesse de 20°/s. Dirigez les orteils vers le haut ou vers le bas.

Tableau 1 : Interférences différentes et réponse prévue correspondante dans le test d’organisation sensorielle. Le terme « ervement référencé » signifie que le mouvement des plaques de force et de l’environnement visuel suit l’influence du participant cog.

2. processus de mesure et de données sEMG
   1. Après avoir déclenché par le système CDP pendant SOT, US, LOS, MCT et ADT, commencer l’acquisition automatique de données brutes d’activité musculaire des membres inférieurs. Arrêtez manuellement l’acquisition pendant le système sEMG lorsque la lumière est éteinte. La taille de l’échantillon est de 1000 Hz.
   2. Entrez la fenêtre de traitement du logiciel sEMG. Importez le fichier C3d des données brutes EMG et le fichier mp4 de la vidéo lumineuse. Coupez le cycle d’essai lorsque la lumière est allumée.
   3. Dans les opérations de « pipeline de traitement », incluez les options suivantes dans le pipeline d’exécution : filtre Butterworth avec passage bas (450 Hz, 2. Commande) et passe haut (20 Hz, 2. Ordonnance); filtre encoche à 50 Hz; et la fenêtre de lissage carré moyen de racine de 100 ms.
      REMARQUE : Choisissez le filtre Butterworth avec un laissez-passer bas (450 Hz, 2. Commande) et passe haut (20 Hz, 2. Commandez) de filtrer les composants indésirables à basse et haute fréquence. Réglez le filtre d’encoche à 50 Hz pour enlever les interférences de 50 Hz de la puissance principale. Utilisez la fenêtre de lissage carré moyen de 100 ms pour lisser le signal bruyant.
   4. Dans les options Générer des événements, incluez les événements suivants dans le pipeline d’exécution. « muscle on » est défini comme « tous les canaux dépassent les écarts de niveau de bruit de base de 5 fois pour au moins 50 ms ». « muscle off » est défini comme « tous les canaux tombent en dessous de 5x écarts standard sur la ligne de base pour au moins 50 ms « .
   5. Dans les options Générer des paramètres, inclure les paramètres suivants dans le pipeline d’exécution : électromyographie intégrale (iEMG); carré moyen racine (RMS); fréquence moyenne de puissance (MPF); moyenne fréquence (MDF); et le rapport de co-activation.
      REMARQUE : Voici les formules de calcul référencées pour les paramètres ci-dessus (Équations 1–4) :
      
      
      
      
   6. Normaliser les valeurs RMS des essais SOT, US, LOS, MCT et ADT avec les valeurs RMS de contraction isométrique volontaire maximale (MVIC) pour chaque muscle (équation 5).
      
      REMARQUE : MVIC indique la contraction de force maximale de chaque muscle pour les participants à la posture standard pour 5 s (Fichier supplémentaire 1)¹⁸.

Résultats représentatifs du CDP
Test d’organisation sensorielle
Le système évalue la capacité du participant à maintenir cog dans la zone cible prédéterminée, lorsque l’environnement change comme entrée de signal périphérique. Le score d’équilibre (ES) est le score dans les conditions 1–6 qui reflète la capacité de coordonner le système sensoriel pour maintenir la stabilité posturale (équation 6). Le score composite (COMP) est le score moyen pondéré de toutes les conditions. L’accent est mis sur les conditions difficiles de 4, 5 et 6. Le score composite est calculé en faisant la moyenne indépendante des scores d’équilibre pour les conditions SOT1 et SOT2, en ajoutant ces deux scores aux scores d’équilibre de chaque trois essais de la condition SOT 3 à SOT 6, et en divisant la somme par le total des essais effectués19,20. Dans les chiffres, les barres vertes indiquent que le participant peut mieux coordonner ses trois systèmes sensoriels et réagir plus efficacement que son contrepoint normatif correspondant à l’âge dans l’ensemble de données. Les barres rouges indiquent que la capacité d’organisation sensorielle du participant est pire que celle de son contrepoint normatif correspondant à l’âge dans l’ensemble de données (figure 2A).

REMARQUE : Le déplacement théorique de direction antérieure-postérieure maximale du COG pour un adulte en bonne santé est de 12,5°. θ indique l’angle de balancement du COG. La fourchette de score d’équilibre est de 0 à 100. Un score de 0 indique la perte d’équilibre. Des scores proches de 100 indiquent que le participant a une bonne fonction d’équilibre.

Score d’analyse sensorielle: Le système coordonne la proportion de participation de la vision, de la proprioception et de la sensation vestibulaire dans six conditions et déduit le degré de dépendance à la vision (VIS),à la proprioception (SOM)et au vestibule (VEST) dans le processus de maintien de la stabilité posturale (Équations 8–10). L’apparition d’une barre rouge indique que le participant ne peut pas utiliser la sensation sensorielle VIS/SOM/VEST pour maintenir l’équilibre. La préférence visuelle (PREF) indique la capacité d’ignorer les informations visuelles erronées dans un environnement d’interférence visuelle conflictuel (Équation 11). L’apparition d’une barre rouge indique que le participant s’appuie sur des informations visuelles pour maintenir l’équilibre, même avec des informations visuelles incorrectes (Figure 2B).

Score de la stratégie : Le système exporte le score de stratégie (STR) conformément à l’interrelation du COG et de la COP pendant le processus de maintien de la stabilité. Un STR près de 100 indique l’utilisation d’une forte proportion de la stratégie de la cheville. Un score STR proche de 0 indique l’utilisation d’une forte proportion de la stratégie de la hanche. Les marques de conditions 1–6 près du côté droit du quadrant indiquent la dominance de la stratégie de la cheville; ceux qui sont proches du côté gauche indiquent la dominance de la stratégie de la hanche (Figure 2C).

Alignement cog : Changements d’emplacement cog sous forme de coordonnées sous chaque condition (figure 2D).

Figure 2 : Résultat représentatif pour les participants atteints de CAI pendant le SOT. (A) Représentation graphique des scores d’équilibre et composites. (B) Représentation graphique des résultats de l’analyse sensorielle. (C) Représentation graphique des résultats de l’analyse de la stratégie. (D) Représentation graphique des résultats d’alignement cog. Dans les résultats graphiques de SOT, US, LOS, MCT et ADT, les barres vertes solides représentent les résultats dans la plage normale. Les barres rouges solides représentent les résultats de la plage normale. Les barres rayées représentent le test répété. Les zones grises représentent la plage de données anormale. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Position unilatérale
La vitesse de balancement de COG (°/s) pendant la position unilatérale est exportée. L’apparition d’une barre rouge indique que la capacité de maintenir une stabilité à position unique est pire que la normale. Différence gauche/droite (%) indique la comparaison de l’oscillation totale entre les pattes gauche et droite (figure 3).

Figure 3 : Vitesse de l’écoulement du COG pour les participants atteints de CAI aux États-Unis les yeux ouverts/fermés (°/s).
Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Los
LOS est la meilleure mesure de mouvement volontaire dans le système CDP. Le test LOS évalue le temps de réaction, la vitesse de mouvement, la capacité perçue pour los, et la capacité de contrôle de mouvement. Les variables suivantes sont exportées :

Temps de réaction (RT) (s) : Temps entre l’envoi du signal de mouvement et le début du mouvement du corps. L’apparition d’une barre rouge indique un temps de réaction retardé (Figure 4A).

Vitesse de mouvement (MVL) (°/s) : Vitesse moyenne comprise entre 5 % et 95 % entre le point initial et la cible. L’apparition d’une barre rouge indique que la vitesse moyenne de gravité est plus lente que la normale (figure 4B).

Excursions de point de terminaison (EPE) (%): La distance de mouvement COG du point initial au point final. L’apparition d’une barre rouge indique que la distance de mouvement du COG n’atteint pas la plage normale (figure 4C).

Excursions maximales (MXE) (%): La distance maximale du mouvement COG. L’apparition d’une barre rouge indique que l’excursion maximale du COG n’atteint pas la plage normale (figure 4C).

Contrôle directionnel (DCL) (%): Quantité de mouvement vers la direction prévue moins la quantité de mouvement hors axe (Figure 4D).

Figure 4 : Résultat représentatif pour les participants atteints de CAI pendant le LOS. (A) Représentation graphique du ou des résultats du temps de réaction. (B) Représentation graphique des résultats de vitesse de mouvement (°/s). (C) Représentation graphique du point de terminaison et des résultats d’excursions maximums (%). (D) Représentation graphique des résultats de contrôle directionnel (%). Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Essai de commande moteur : Utilisez ce test pour évaluer la capacité du participant à produire une réponse motrice efficace et pour rétablir la stabilité cog pour faire face au déplacement antérieur-postérieur soudain des plaques de force.

Symétrie de poids: Il s’agit de la répartition portante des deux jambes. L’apparence d’une barre rouge indique le poids asymétrique des jambes gauche et droite (figure 5A). Les barres affichent la confirmation générée par ordinateur. Si cette valeur est faible (≤2), la latence est anormale. Si cette valeur est 0, alors la réponse est manquante et a besoin d’un nouveau test.

Latence (ms) : Le temps de réponse entre le mouvement des plaques de force de pression et le mouvement de la COP. (1) L’apparition d’une barre rouge dans le côté unilatéral pendant le déplacement vers l’avant/vers l’arrière peut être due à une blessure orthopédique unilatérale. (2) L’apparition d’une barre rouge dans les côtés bilatéraux pendant le déplacement vers l’avant/vers l’arrière peut indiquer l’apparition de dommages dans la branche efferente de la longue voie de circulation. (3) L’apparition d’une barre rouge dans les côtés bilatéraux pendant le déplacement avant et arrière peut être due à la neuropathie périphérique, aux maladies spinales, à la sclérose en plaques et à la pathologie du tronc cérébral/corticale (figure 5B).

Échelle d’amplitude: C’est la force exercée sur la plaque de force par la jambe en réponse à la perturbation. L’augmentation de l’amplitude à l’échelle (AS) doit être bipède symétrique et doit être liée aux amplitudes du glissement des plaques de force (figure 5C).

Figure 5 : Résultats représentatifs des participants atteints de CAI pendant l’essai de commande moteur. (A) Représentation graphique des résultats de symétrie de poids. (B) Représentation graphique des résultats de latence (ms). (C) Représentation graphique des résultats de l’AS. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Test d’adaptation
Le score d’énergie de balancement (SES) est déterminé en fonction de la vitesse et de l’accélération de la COP au cours des 2 premiers s de perturbation et est exporté (Figure 6). Une barre rouge qui atteint 200 points indique la perte d’équilibre (chute). (1) Si les barres rouges n’atteignent pas 200 points dans la zone grise moins de deux fois en cinq essais, et que d’autres barres restent vertes, alors la variation est normale et que le risque de chute est absent. (2) Les barres rouges qui atteignent 200 points chaque fois dans cinq essais peuvent être dues aux raisons suivantes. Le COG est excessivement en arrière lorsque les plaques de force tournent dans la direction des orteils et vice versa. La gamme de mouvements de la cheville est limitée. Les articulations de la cheville ou les membres inférieurs sont faibles. Le système nerveux central est dysfonctionnel. (3) Les barres rouges atteignent 200 points deux fois en cinq essais, tandis que d’autres barres restent vertes en raison de l’influence de la peur ou de l’anxiété. (4) L’apparition d’une barre rouge dans la zone grise cinq fois peut être due à la faiblesse des articulations de la cheville, des membres inférieurs, de la peur ou de l’anxiété.

Figure 6 : SES des participants atteints de CAI pendant l’ADT. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Résultats sEMG
Prenant le vaste medialis par exemple, les données brutes et traitées de sEMG sont affichées pendant SOT, US, MCT, et ADT (figure 7 et figure 8). L’intervalle indiqué par la ligne rouge et les pointes est l’intervalle où le voyant indicateur du système CDP est allumé et est l’étape d’essai.

Figure 7 : Données brutes de sEMG pour vastus medialis pendant SOT, US, MCT et ADT.
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Figure 8 : Données traitées de sEMG pour vastus medialis pendant SOT, US, MCT et ADT.
Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Les paramètres sEMG qui correspondent aux étapes de test de SOT, US, LOS, MCT et ADT sont les suivants. iEMG reflète l’énergie musculaire accumulée par unité de temps. RMS reflète la puissance moyenne du signal EMG. MPF signifie la valeur moyenne de chaque puissance dans la distribution du spectre d’énergie. MDF divise le spectre de puissance en deux parties avec des zones égales. Le rapport de coactivation reflète la coordination entre les muscles agonistes et antagonistes de la phase d’activation dans les tests.

Fichier supplémentaire 1 : Introduction pour système de posturographie dynamique informatisée. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Tableau supplémentaire 1 : Technique d’application sur les sites musculaires des électrodes sEMG Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau supplémentaire 2 : Posture standard pour la méthode de normalisation emg pour les muscles mesurés. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Les auteurs n’ont rien à révéler.