Article de méthode

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

DOI :

10.3791/61592

⸱

18 septembre 2020

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1Department of Critical Care Medicine, Shanghai Tenth People's Hospital, School of Medicine, Tongji University, 2School of Kinesiology, Shanghai University of Sport, 3Department of Rehabilitation Medicine, Shanghai Jiao Tong University Affiliated Sixth People's Hospital

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les personnes atteintes d’instabilité chronique de la cheville (CAI) présentent une insuffisance de contrôle postural et une activation musculaire retardée des extrémités inférieures. La posturographie dynamique informatisée combinée à l’électromyographie de surface fournit des aperçus dans la coordination des systèmes visuels, somatosensoriels et vestibulaires avec la régulation d’activation musculaire pour maintenir la stabilité posturale chez les individus atteints de CAI.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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. CDP est basé sur le modèle pendule inversé qui retrace l’interrelation entre le centre de pression et le centre de gravité. CDP peut être utilisé pour analyser les proportions de la vision, la proprioception, et la sensation vestibulaire pour maintenir la stabilité posturale. Les personnages suivants définissent l’instabilité chronique de la cheville (CAI) : douleurs persistantes à la cheville, gonflement, sensation de « céder » et incapacité autodéclarée. La stabilité posturale et le niveau d’activation fibulaire de muscle dans les individus avec CAI ont diminué dû aux dommages complexes de ligament latéral de cheville. Peu d’études ont utilisé le CDP pour explorer la stabilité posturale des individus atteints de CAI. Les études qui étudient la stabilité posturale et l’activation musculaire connexe en utilisant le CDP synchronisé avec l’électromyographie de surface font défaut. Ce protocole CDP comprend un test d’organisation sensorielle (SOT), un test de contrôle moteur (MCT), et un test d’adaptation (ADT), ainsi que des tests qui mesurent la position unilatérale (US) et la limite de stabilité (LOS). Le système d’électromyographie de surface est synchronisé avec CDP pour recueillir des données sur l’activation musculaire des membres inférieurs pendant la mesure. Ce protocole présente une nouvelle approche pour évaluer la coordination des systèmes visuels, somatosensoriels et vestibulaires et de l’activation musculaire connexe pour maintenir la stabilité posturale. En outre, il fournit de nouvelles perspectives sur le contrôle neuromusculaire des personnes atteintes de CAI lorsqu’elles font face à de véritables environnements complexes.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 laboratoire4,5,6. 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 altérés10,11. 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 CDP3,13. 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 posturale14,15. 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.

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Protocole

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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-protocol-1
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.
ConditionYeuxPlaques de forceSurround visuelInterférenceRéponse prévue
1OuvertDifficultéDifficultéSomatosensory
2ProcheDifficultéDifficultéVisionSomatosensory
3OuvertDifficultéSway-referenceVisionSomatosensory
4OuvertSway-referenceDifficultéSomatosensoryVision, vestibulaire
5ProcheSway-referenceDifficultéSomatosensory, visionVestibulaire
6OuvertSway-referenceSway-referenceSomatosensory, visionVestibulaire

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.

  1. 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) :
      figure-protocol-2
      figure-protocol-3
      figure-protocol-4
      figure-protocol-5
    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).
      figure-protocol-6
      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.

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Résultats

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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 pondér...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le protocole présenté est utilisé pour mesurer le contrôle postural dynamique et l’activité musculaire connexe chez les individus atteints de CAI en synchronisant le CDP avec le sEMG. CDP trace la trajectoire de la COP et du COG et donne un aperçu de l’interaction entre l’entrée d’information sensorielle (visuelle, somatosensorielle et vestibulaire) et l’environnement externe8,21,22. Il s’agit d’un outil efficace pour le diagnos...

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Déclarations de divulgation

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les auteurs n’ont rien à révéler.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les auteurs reconnaissent le financement du Fonds national des sciences naturelles de chine (11572202, 11772201 et 31700815).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
NeuroCom Balance Manager SMART EquiTest NatusMedical Incorporated, États-UnisSes principaux composants comprennent : la suite logicielle NeuroCom Balance Manager, une plaque dynamique à double force (rotation et translation), un contour visuel mobile avec 15" Écran LCD (il pourrait fournir un affichage en temps réel du sujet) centre de gravité indiqué par un curseur pendant la tâche) et l’éclairage, la barre de soutien aérienne avec harnais du patient, l’ordinateur et d’autres pièces.
système sans fil Myon 320 sEMGMyon AGLe système se compose de 16 canaux parallèles de signaux d’émetteur, de récepteur, de logiciels « EMG motion Tools » et « ProEMG », d’ordinateurs et d’autres pièces.

Références

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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Mots-clés

Chronic Ankle InstabilityComputerized Dynamic PosturographySurface ElectromyographySensory Organization TestMotor Control TestLimits of StabilityUnilateral StancePostural StabilityLower extremity Muscle ActivationNeuromuscular Control

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