Étude de l’effet de différents types d’exercice sur la récupération fonctionnelle des membres supérieurs chez les patients présentant des lésions de l’hémisphère droit sur la base de la fNIRS

Les lésions hémisphériques cérébrales peuvent entraîner un dysfonctionnement sensoriel et moteur des membres controlatéraux ^1,2,3, affectant négativement le contrôle moteur, la mobilité et l’apprentissage fonctionnel des patients à divers degrés⁴ et imposant ainsi de lourds fardeaux aux familles et à la société⁵. Pour les patients présentant des lésions de l’hémisphère droit (RHD), la vitesse de récupération est loin d’être satisfaisante. Cependant, dans la plupart des cas de RHD, les membres gauches affectés, étant du côté non dominant du corps, n’ont pas reçu suffisamment d’attention de la part du patient et des soignants. Étant donné que le dysfonctionnement des membres supérieurs et des mains affecte gravement la capacité à effectuer les activités quotidiennes et la qualité de vie, une méthode plus appropriée pour améliorer l’effet de réadaptation de la fonction des membres supérieurs chez les patients atteints de RHD est nécessaire 6,7,8,9,10.

La thérapie par l’exercice est une méthode importante pour aider les patients à récupérer la fonction de leurs membres. Pour la réadaptation précoce des patients atteints de lésions cérébrales, des méthodes d’entraînement au mouvement passif (PM) et au mouvement actif assisté (AAM) sont généralement utilisées. L’AAM implique l’activité d’articulations spécifiques complétées par une combinaison de leur propre force musculaire et d’une assistance extérieure¹¹. La clé est que le patient participe activement à la réadaptation assistée. La préparation du cerveau humain à l’activation peut aider à stimuler et à intégrer le système moteur dans le cycle de contrôle moteur. De nombreuses études ont montré que l’AAM peut induire des changements neuroplastiques, conduisant ainsi à une récupération fonctionnelle accrue chez les patients^12,13.

La spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge (fNIRS) est une technique d’imagerie basée sur des principes optiques. Selon la corrélation entre l’atténuation de la lumière dans le tissu et les différentes concentrations de substances absorbant la lumière, la fNIRS peut analyser quantitativement les changements de concentration de l’hémoglobine oxygénée et de l’hémoglobine désoxygénée dans le tissu cérébral, surveillant ainsi l’activité fonctionnelle du cortex cérébral¹⁴. De nombreuses études ont montré que la fNIRS est un moyen important de surveiller l’oxygénation du cerveau et le métabolisme énergétique après une lésion de l’hémisphère cérébral 15,16,17. Par conséquent, la fNIRS pourrait être une méthode de surveillance appropriée pour étudier les modifications du cortex cérébral liées à la récupération de la fonction motrice des membres supérieurs après une lésion de l’hémisphère cérébral.

Les signaux moteurs produits par différentes méthodes d’entrée sensorielle et les états d’ajustement du cortex sensoriel sont différents^18,19. Les stimuli sensoriels produits par les mouvements passifs et actifs sont étroitement liés à la stabilité de la perception et à la capacité de construire des représentations précises de son environnement, qui guident ensuite son comportement²⁰. Cette étude a été conçue pour explorer les effets de différents modes d’exercice sur la réadaptation précoce des membres supérieurs et l’activation cérébrale chez les patients atteints de lésions hémisphériques cérébrales en analysant les données fNIRS et de fournir des stratégies scientifiques pour la réadaptation complète des patients à l’avenir.

Le but de cette étude était d’étudier les effets de la FOT combinée à différents types d’exercice sur la fonction des membres supérieurs et le remodelage cérébral chez les patients atteints de RHD. Nous avons émis l’hypothèse que la FOT-AAM est plus efficace que la FOT-PM pour améliorer la fonction des membres supérieurs et l’activation cérébrale chez les patients atteints de RHD.

Cette étude était un essai contrôlé randomisé en simple aveugle et a été approuvée par le Comité d’éthique du Centre de recherche en réadaptation de Chine (CRRC-IEC-RF-SC-005-01) et enregistrée dans le registre chinois des essais cliniques (MR-11-23-023832).

1. Les participants

1. Sur la base de la littérature existante²¹, utilisez les scores rapportés de l’évaluation de Fugl-Meyer des membres supérieurs (FMA-UE) du groupe expérimental et du groupe témoin après 4 semaines de traitement comme norme pour calculer la taille de l’échantillon. Pour une taille d’effet estimée de 0,28, un niveau de test (α) de 0,05, une distribution bilatérale pour la valeur Z et une puissance de 0,8, la taille d’échantillon calculée est de 28. En supposant un taux d’abandon de 10 %, la taille finale de l’échantillon nécessaire est de 32 personnes.
2. Recruter des patients du département d’ergothérapie du Centre de recherche en réadaptation de Chine. Sélectionner les patients en fonction des critères d’inclusion suivants : diagnostic de lésion de l’hémisphère droit (RHD) d’apparition précoce ; délai d’apparition dans les 3 mois ; être âgé de 18 à 75 ans ; Score du mini-examen de l’état mental (MMSE)²²> 20 ; Stade de Brunnström I ou II²³ pour le membre supérieur et la main ; et droitier.
3. Exclure les patients souffrant de dépression évidente, d’anxiété ou de maladies physiques graves concomitantes et ceux qui n’ont pas coopéré à la formation ont été exclus.
4. N’incluez que les participants qui ont signé un formulaire de consentement éclairé avant l’étude. L’organigramme du recrutement est illustré à la figure 1.

2. Randomisation et répartition

1. Répartissez au hasard les patients répondant aux critères expérimentaux dans le groupe expérimental (EG) et le groupe témoin (CG). Désignez un thérapeute qui n’est pas impliqué dans l’évaluation ou la sélection des sujets pour effectuer la procédure de randomisation avec un générateur de données aléatoires sur un ordinateur (https://www.randomizer.org/).

3. Intervention

1. Donnez aux deux groupes un traitement médicamenteux conventionnel et une réadaptation conventionnelle. Donnez à tous les patients 20 minutes d’ergothérapie fonctionnelle (FOT) et 10 minutes de différents types d’exercices du membre supérieur (EG effectué en mouvement assisté actif et le CG effectué en mouvement passif) par jour pour un total de 30 minutes par jour, 5 jours par semaine pendant 4 semaines. Pour assurer l’uniformité de l’intervention, choisissez un thérapeute pour effectuer toutes les interventions et offrez une formation préalable à la recherche à ce thérapeute.
2. Ergothérapie fonctionnelle (OFT) :
   REMARQUE : Le patient utilise les articulations métacarpo-phalangiennes et interphalangiennes du doigt affecté pour effectuer des mouvements de préhension du doigt entraînés par le gant du côté sain.
   1. Demandez au thérapeute de bouger passivement l’épaule, le coude, le poignet, le pouce et les doigts du membre affecté pendant environ 1 minute.
   2. Après les mouvements passifs, demandez au patient d’utiliser le membre et la main non affectés pour actionner le membre et la main affectés afin d’effectuer des activités telles que pousser un rouleau en mousse, soulever une cheville en bois, soulever de petits bâtons en bois et tenir une balle. Choisissez deux à trois activités pour chaque séance d’entraînement en fonction de l’état du patient.
3. Mouvement actif assisté (AAM)
   1. Sélectionnez un appareil d’entraînement de rééducation pour la main qui sera entraînée. L’appareil est conçu pour aider le patient à effectuer des mouvements passifs ou actifs. Sélectionnez le mode Smart Mirror et réglez le temps sur 10 min. Demandez au patient ce qu’il ressent et choisissez parmi les niveaux 1 à 10 en fonction de son expérience et de sa tolérance. Cliquez ensuite sur le bouton Démarrer .
   2. Pendant que la main non affectée effectue une préhension volontaire, demandez au patient d’observer le mouvement et d’essayer de saisir avec la main affectée à l’aide du gant (Figure 2A).
   3. Lorsque la main non affectée est ouverte volontairement, demandez au patient d’observer le mouvement et d’essayer d’ouvrir les doigts de la main affectée à l’aide du gant (figure 2B)
      REMARQUE : Lorsque la main non affectée saisit, les capteurs sur le gant non affecté ne peuvent pas détecter le signal lumineux bloqué, et le gant du côté non affecté sera déclenché pour saisir. Lorsque la main non affectée s’ouvre, les capteurs situés sur le gant non affecté détectent un signal lumineux et déclenchent l’ouverture du gant de la main non affectée.
   4. Répétez le processus ci-dessus de manière cyclique pendant 10 minutes, après quoi l’équipement terminera automatiquement le processus d’entraînement.
4. Mouvement passif (PM)
   1. Demandez au patient d’utiliser le même appareil pour effectuer la préhension passive et l’ouverture de la main. Placez le gant correspondant sur la main affectée. Sélectionnez le mode passif, réglez le temps sur 10 min, ajustez l’intensité des niveaux 1 à 10 en fonction des sensations du patient, puis cliquez sur le bouton Démarrer .
   2. Demandez au patient de rester détendu et de fermer et d’ouvrir la main affectée à l’aide du gant (figure 2C). Demandez au patient de continuer pendant 10 minutes, après quoi l’appareil mettra automatiquement fin à l’entraînement.

4. Appréciation

1. Faites effectuer les évaluations cliniques par un autre thérapeute sans être à l’insu des devoirs de groupe. Demandez à ce thérapeute d’évaluer chaque patient deux fois : une fois avant l’intervention et une fois immédiatement après les 4 semaines d’intervention.
   1. Recueillez des informations de base sur le patient, notamment son âge, son sexe et le type de blessure.
   2. Évaluer la fonction motrice du membre supérieur avant et après l’intervention à l’aide de l’évaluation de Fugl-Meyer pour le membre supérieur (FMA-UE)²⁴. De plus, utilisez la composante poignet-main de la FMA (FMA-WH) pour évaluer la fonction de la main des patients.
   3. Évaluez la capacité d’effectuer des activités quotidiennes à l’aide de l’indice de Barthel modifié (MBI)²⁵.
   4. Surveillez l’activation des zones motrices primaires pendant les tâches motrices passives à l’aide de la fNIRS.
   5. Acquisition fonctionnelle de données de spectroscopie proche infrarouge
      1. Obtenir un système d’imagerie fonctionnelle cérébrale proche infrarouge de type recherche avec lequel recueillir les données fNIRS. Un tel système utilise trois longueurs d’onde de lumière proche infrarouge (780, 805 et 830 nm) pour surveiller les changements dans la concentration d’oxyhémoglobine (Δ[Oxy-Hb]) et de désoxyhémoglobine (Δ[Deoxy-Hb]) et la concentration totale d’hémoglobine (Δ[Hb]) ; sa fréquence d’échantillonnage est de 13 Hz.
      2. Selon le système international 10-20, placez 4 émetteurs de source lumineuse et 4 détecteurs sur le cortex moteur primaire bilatéral (M1), avec un total de 20 canaux. Voir la figure 3 pour les positions spécifiques.
   6. Procédure de tâche
      1. Effectuer l’évaluation fNIRS en 5 essais consécutifs dans un paradigme modulaire (repos [15 s]-tâche [30 s]-repos [15 s]), comme décrit aux étapes 4.1.6.2-4.1.6.9 (voir Figure 4).
      2. Ouvrez l’interface informatique fNIRS et entrez les informations de base du patient. Ensuite, choisissez la disposition des optodes 2X4(R), 2X4(L). Choisissez le paradigme de tâche 15-30-15 et définissez le temps d’évaluation sur 5.
      3. Placez le dispositif du système proche infrarouge sur le patient en fonction de la disposition des optodes. Ajustez les positions des émetteurs et des détecteurs, et retirez soigneusement les cheveux afin que les optodes soient en contact étroit avec le cuir chevelu. Une fois l’ajustement terminé, cliquez sur le bouton OK .
      4. Accédez à l’interface de réglage automatique du signal du système, cliquez sur Veille et ajustez tous les canaux pour qu’ils s’affichent en vert (bon signal).
      5. Placez le gant sur la main affectée du patient. Sélectionnez le mode d’exercice passif . Étant donné que la fréquence d’entraînement changera avec la force, sélectionnez la force moyenne, c’est-à-dire 5 vitesses, pour chaque sujet pendant le test.
      6. Cliquez sur le bouton Démarrer sur l’interface de l’ordinateur fNIRS. Effectuez la tâche en 3 phases. Mesurez une phase initiale de repos de 15 s, en comptant à rebours de 15 s à 0 s. Au cours de ce processus, demandez au patient de s’asseoir tranquillement sur la chaise, de rester immobile et d’essayer de ne pas penser à d’autres choses afin que le cerveau soit dans un état détendu.
      7. Lorsque le temps compte à rebours jusqu’à 0 s, cliquez sur le bouton Démarrer de l’appareil manuel. La main affectée du patient commencera des mouvements passifs de préhension et d’ouverture à l’aide du gant. À ce moment-là, l’ordinateur commencera à compter à partir de 30 s, ce qui correspond à la durée du mouvement passif. Lorsque le compte à rebours atteint 0 s, cliquez sur le bouton Arrêter de l’appareil manuel pour terminer l’exercice. La fréquence de préhension et d’ouverture est réglée par l’appareil ; 3 cycles de préhension et d’ouverture seront effectués 3 fois au cours de la tâche de 30 secondes.
      8. Commencez une autre période de repos de 15 secondes comme décrit précédemment. Une fois cet intervalle écoulé, le premier test repos-tâche-repos est terminé.
      9. Répétez le test repos-tâche-repos ci-dessus 5 fois, puis terminez le test fNIRS.
   7. Analyse des données dans le proche infrarouge :
      1. Pour cette analyse, utilisez le logiciel d’analyse de données installé dans le système fNIRS, comme décrit ci-dessous.
      2. Éliminez les données aberrantes causées par des artefacts de mouvement sévères dans tous les canaux et les données perdues.
         REMARQUE : Lorsque ce protocole a été exécuté, 1 valeur aberrante dans l’EG, 1 valeur aberrante dans le CG et 2 cas de perte de données dans le CG ont été éliminés.
      3. Éliminez tous les canaux présentant des artefacts de mouvement évidents.
      4. Effectuez le calcul de la moyenne de superposition des canaux gauche et droit (10 canaux par côté) séparément.
      5. Utilisez un filtre passe-bande (0,01-0,08 Hz) pour éliminer les composantes de bruit avec des fluctuations périodiques évidentes du signal, y compris le bruit mécanique et le bruit physiologique. Les types de bruit physiologique qui doivent être éliminés comprennent la fréquence cardiaque (environ 1 Hz), la respiration (environ 0,2-0,3 Hz), les ondes de Mayer (environ 0,1 Hz) et les fluctuations physiologiques de très basse fréquence (<0,01 Hz).
      6. Prenez les 15 s avant et après le début de la tâche expérimentale comme base de référence, et prenez un bloc (repos [15 s]-tâche [30 s]-repos [15 s]) comme unité de test. Superposez les cinq blocs et prenez la moyenne.
      7. Utilisez la méthode Savitzky-Golay pour le lissage. Réglez le nombre de points de lissage sur 5 et le nombre de temps de lissage sur 1²⁶.
      8. Après le prétraitement, calculez les valeurs de l’intégrale et du centroïde.
      9. Utiliser le test de Shapiro-Wilk (Shapiro-Wilk, SW) pour tester la normalité des valeurs du centroïde, des valeurs intégrales et de leurs différences avant et après l’intervention dans les deux groupes ; considérons les données normalement distribuées si la valeur P résultante est de >0,05.
      10. Utilisez le test t à échantillon indépendant pour comparer les données entre les deux groupes avant et après l’intervention. Utilisez le test t à échantillons appariés pour comparer les valeurs du centroïde et les valeurs intégrales dans les deux groupes avant et après l’intervention.

5. Statistiques

1. Utilisez SPSS pour l’analyse statistique.
2. Testez la normalité des données à l’aide du test SW.
3. Comparez les données générales des patients de chaque groupe à l’aide du test exact de Fisher ou d’un test t à échantillon indépendant.
4. Les données comportementales ont été comparées entre les groupes et au sein des groupes à l’aide d’une ANOVA répétée et décrites comme une moyenne ± un écart-type.

Ligne de base
D’octobre 2021 à juin 2023, nous avons recruté 35 patients, dont 32 ont finalement terminé l’étude ; Aucun patient n’a présenté d’événement indésirable au cours de l’essai.

En ce qui concerne les symptômes cliniques des deux groupes de patients (tableau 1), les âges moyens de l’EG et du CG étaient respectivement de 53,19 ± 10,72 et de 55,88 ± 12,32 ans (P = 0,515). Il n’y avait pas de différences significatives entre le sexe, le type de maladie, les scores FMA-UL ou les scores MBI (P > 0,05). Avant l’intervention, les scores FMA-WH de tous les patients des deux groupes étaient de 0 point.

La FMA-UL a une grande importance clinique et permet d’évaluer efficacement et de manière fiable l’atteinte des membres supérieurs chez les patients atteints de lésions cérébrales. Le FMA-UL comporte un total de 33 éléments d’évaluation des membres supérieurs, et chaque score unidirectionnel est attribué comme suit : 2 points pour l’achèvement complet, 1 point pour l’achèvement partiel et 0 point pour l’absence d’achèvement. Le score total possible de mouvement des membres supérieurs est de 66 points. En tant que sous-catégorie de la FMA-UL, la balance poignet-main (FMA-WH) comporte 12 éléments, avec un score total possible de 24 points.

Les résultats de l’analyse de variance à mesures répétées ont montré que l’effet principal du groupe sur le score FMA-UL était significatif, F = 5,564, p = 0,030, ɳ2p = 0,214 ; l’effet principal du temps était significatif, F = 34,716, p < 0,001, ɳ2p = 0,831 ; l’effet d’interaction du groupe et du temps était significatif, F = 5,554, p = 0,030, ɳ2p = 0,256. (Tableau 2)

L’effet principal du groupe sur le score FMA-WH était significatif, F = 8,817, p = 0,006, ɳ2, p = 0,227 ; l’effet principal du temps était significatif, F = 13,357, p = 0,001, ɳ2p = 0,308 ; L’effet d’interaction entre le temps et le groupe était significatif, F = 8,817, p = 0,006, ɳ2, p = 0,227. (Tableau 2).

L’indice de Barthel modifié est largement utilisé pour évaluer la capacité d’effectuer des activités quotidiennes et mesure la capacité d’une personne à effectuer dix de ces activités de base. Le score total possible sur l’indice de Barthel est de 100 points, et plus le score est élevé, plus la capacité du patient à effectuer les activités de la vie quotidienne est forte.

L’effet principal du groupe sur le score MBI était significatif, F = 8,512, p = 0,007, ɳ2, p = 0,221 ; l’effet principal du temps était significatif, F = 588,559, p < 0,001, ɳ2p = 0,952 ; l’effet d’interaction entre le groupe et le temps était significatif, F = 10,425, p = 0,003, ɳ2p = 0,258. (Tableau 2).

La valeur intégrale est l’intégrale du signal d’oxygène dans le sang pendant l’exécution de la tâche et reflète l’amplitude de la réponse hémodynamique pendant la tâche. La valeur du centroïde est le temps (s) indiqué par la ligne verticale du centre de la zone de changement du signal d’oxygène dans le sang pendant toute la période de la tâche et est un indicateur des changements de cours dans le temps tout au long de la tâche, représentant la vitesse de la réponse hémodynamique27.

Il n’y avait pas de différence significative dans les valeurs intégrales ou centroïdes entre les deux groupes avant (Figure 5A) l’intervention (P > 0,05). Après l’intervention, la valeur intégrale de l’hémisphère droit des sujets dans le CG était de 0,20 ± 0,32, la valeur intégrale de l’hémisphère droit des sujets dans le GE était de -0,06 ± 0,24, et il y avait une différence significative dans les moyennes globales des deux groupes (t = -2,489, d = 0,92, P = 0,020, P < 0,025 est considéré comme statistiquement significatif) (tableau 3). Après l’intervention, la valeur intégrale de l’hémisphère gauche des sujets dans le CG était de 0,18 ± 0,32, la valeur intégrale de l’hémisphère gauche des sujets dans le groupe EG était de -0,04±0,26, et il n’y avait pas de différence significative dans les moyennes globales des deux groupes (t = -1,975, P = 0,059, d = 0,75). Il n’y avait pas de différences significatives dans les valeurs du centroïde entre les deux groupes après l’intervention (P > 0,025) (Figure 5B).

Figure 1 : Organigramme de recrutement. Au total, 35 sujets ont été recrutés, dont 2 sujets ne répondaient pas aux exigences et 1 sujet a abandonné en raison de l’épidémie, et 32 sujets ont finalement été inclus. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Entraînement de rééducation des membres supérieurs avec différents modes de mouvement. (A,B) EG effectuant un entraînement actif de rééducation de la main. (C) CG effectuant un entraînement de rééducation passive de la main. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Disposition et emplacement des faisceaux lumineux. Un cercle rouge représente une source lumineuse, un cercle bleu représente un détecteur et la trajectoire du faisceau est indiquée entre eux. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Paradigme de la tâche. Une tâche de repos (15 s) (30 s) a été utilisée comme unité de test et répétée 5 fois au total. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Nuages de points montrant les distributions des valeurs du centroïde et des valeurs intégrales de l’hémisphère droit dans les deux groupes de patients. (A) Avant l’intervention. (B) Après l’intervention. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Tableau 1 : Caractéristiques des sujets. FMA : Évaluation Fugl-Meyer ; MBI : Indice de Barthel modifié ; PM : mouvement passif ; AAM : mouvement actif assisté ; FOT : ergothérapie fonctionnelle.

Tableau 2 : Résultats de l’analyse de l’analyse de l’ANOVA à deux facteurs répétée sur l’effet GROUP, TIME et l’interaction sur FMA-UL, FMA-WH et MBI.

Tableau 3 : Comparaison des données fNIRS entre les deux groupes après l’intervention.

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.