Méthodes de quantification Altérations pharmacologiquement induite de la fonction motrice de l'homme incomplet SCI

L’objectif de ce protocole est de décrire les changements dans les comportements moteurs chez les personnes atteintes d’une lésion incomplète de la moelle épinière après l’administration de médicaments sérotoninergiques. Pour ce faire, des évaluations standardisées sont effectuées pour évaluer les mesures cliniques de la force de base, de la force des membres inférieurs et des comportements réflexes afin d’obtenir des mesures plus précises, des évaluations statiques quantitatives de la force et de la fonction réflexe de groupes musculaires sélectionnés sont déterminées avec une enquête spécifique sur les couples volitifs maximaux et l’excitabilité réflexe d’étirement. Des évaluations dynamiques quantitatives supplémentaires sont ensuite effectuées pour mesurer les modèles cinématiques des membres inférieurs, l’activité musculaire et le timing, ainsi que l’efficacité métabolique pendant la marche sur tapis roulant.

Enfin, les médicaments sérotoninergiques sont administrés en aveugle et les évaluations sont répétées. Cette approche de la médecine translationnelle évalue systématiquement les effets des médicaments sérotoninergiques sur la force volontaire, les réflexes et la capacité de marche chez les personnes atteintes d’une lésion incomplète de la moelle épinière. Les lésions de la moelle épinière sont un processus pathologique débilitant, qui produit de profonds déficits dans le contrôle moteur tôt après la blessure.

L’un des objectifs principaux de la plupart des patients est la récupération de la marche chez les personnes présentant une lésion incomplète, ce qui signifie qu’elles ont toujours un contrôle moteur résiduel distal sur le côté de la lésion. Ce crâne peut être obtenu. Des modèles animaux ont montré que les agents pharmacologiques peuvent aider à accélérer et à favoriser la récupération du contrôle moteur et de la capacité de marche.

Cependant, la traduction de ces résultats chez l’homme est limitée. Notre laboratoire tente de transposer ces résultats chez les humains atteints d’une lésion incomplète de la moelle épinière. Nous espérons poser la question suivante : les agents pharmacologiques peuvent-ils aider à favoriser la récupération du contrôle moteur et de la capacité de marche chez les personnes présentant des lésions vertébrales incomplètes ?

I, la spasticité des groupes musculaires du quadriceps et des ischio-jambiers est quantifiée à l’aide de l’échelle d’Ashworth modifiée pour évaluer la spasticité du quadriceps. L’examinateur génère un mouvement de flexion passive lent et vif autour de l’articulation du genou. De même, pour évaluer la spasticité des ischio-jambiers, l’examinateur génère une extension passive lente et rapide autour de l’articulation du genou.

Les réflexes spastiques sont notés sur une échelle de zéro à quatre en fonction de critères spécifiques. Un score composite est obtenu en convertissant ces scores bruts en une échelle ordinale et en additionnant bilatéralement l’amplitude ou la durée des spasmes fléchisseurs. Les spasmes extenseurs et le clôlon sont quantifiés à l’aide de l’outil d’évaluation de la moelle épinière.

Pour les réflexes spastiques, la réponse du patient est évaluée en fonction de critères énumérés. Un score composite est obtenu en additionnant les scores à l’intérieur et entre les jambes. La capacité d’un individu à contracter volontairement ses muscles est évaluée à l’aide du score moteur des membres inférieurs basé sur les directives de l’American Spinal Injury Association.

Des critères spécifiés sont utilisés pour évaluer la contraction d’une articulation sur une échelle de zéro à cinq. Un score composite est obtenu en évaluant bilatéralement les myotomes L deux, L trois, L quatre, L cinq et S un et en additionnant les scores. Malgré ces déficits évidents dans les évaluations cliniques de l’activité réflexe et de la force, ce patient est capable de faire des pas sur le tapis roulant avec un soutien du poids corporel.

De plus, le patient est capable de faire des pas au-dessus du sol avec l’aide d’un déambulateur. Afin de quantifier davantage le réflexe d’étirement dépendant de la vitesse. Un système combinant la dynamométrie isocinétique et l’électromyographie est utilisé pour mesurer l’activité musculaire.

Des électrodes d’enregistrement de surface sont appliquées sur les tibias, l’anus gastrique antérieur et médial. La jambe du patient est attachée à un repose-pieds, couplé à une cellule de charge à six degrés de liberté, et l’axe de l’articulation de la cheville est aligné au centre de la cellule de charge. Des couples passifs ou gravitationnels sont obtenus à partir des perturbations d’étirement lent.

On suppose que cette réponse de couple n’a pas de composante réflexe et sera soustraite des étirements rapides. Pour calculer la réponse réflexe nette afin d’évaluer l’excitabilité du réflexe d’étirement, des étirements simples ou multiples en dorsiflexion ou en flexion plantaire sont appliqués au patient détendu pour évaluer les changements d’excitabilité avec la vitesse. Différentes vitesses de rotation sont mesurées, notamment 30, 60 et 120 degrés par seconde.

La réponse de couple est quantifiée à l’aide du signal de couple, qui était passe-bas, filtré à 200 hertz, échantillonné à 1000 hertz et synchronisé avec les données EMG. Avant l’analyse, le couple dû aux contributions passives et gravitationnelles est soustrait. La réponse du muscle est quantifiée à l’aide du signal EMG, qui a été banni par le passé, filtré de 20 à 450 hertz, échantillonné à 1000 hertz et synchronisé avec les données de couple avant l’analyse.

Le signal est redressé et lissé à 10 hertz à l’aide d’un quatrième ordre. Les réponses réflexes d’étirement du filtre Butterworth récursif sont analysées à partir de l’état du couple et des signaux EMG. Les principaux critères de jugement de cette analyse comprennent à la fois le couple maximal et l’activité musculaire prolongée après le dernier étirement.

Le dynamomètre isocinétique est également utilisé pour obtenir une quantification précise de la force volontaire. Surface. Les EMG sont fixés à quatre muscles de la cuisse, notamment le droit fémoral, le vaste latéral, le vaste moyen et l’ischio-jambier médial. La tige du patient est fixée à un bras dynamométrique couplé à une cellule de charge à six degrés de liberté.

L’axe de l’articulation du genou est aligné sur le centre de la cellule de charge. Une fois le patient détendu, on lui demande de générer une force maximale autour de l’articulation. Pour assurer une production maximale de force volontaire, un encouragement verbal vigoureux est fourni au patient pendant la contraction.

Lorsque le couple commence à diminuer pendant la contraction, un stimulus super maximal est délivré aux quadriceps par des électrodes de stimulation de plaque de gel autocollantes de trois pouces sur cinq. Les signaux de couple et EMG sont collectés et conditionnés comme dans les évaluations du réflexe d’étirement en fonction de la vitesse. Le couple maximal et les réponses EMG associées sont évalués hors ligne à l’aide du couple d’état et des signaux EMG.

De plus, les déficits d’activation volontaire sont évalués à l’aide du rapport d’activation central ou voiture. Un test gradué sur tapis roulant est utilisé pour évaluer la capacité de marche. Le sujet est attaché au tapis roulant à l’aide d’un harnais de sécurité et d’un équipement de test, y compris des marqueurs réfléchissants, des EMG de surface, un moniteur de fréquence cardiaque et un système métabolique portable pour effectuer le test gradué sur tapis roulant.

La vitesse initiale du tapis roulant est fixée à 0,1 mètre par seconde et augmentée de 0,1 mètre par seconde toutes les deux minutes jusqu’à ce que la vitesse maximale du patient soit obtenue. La vitesse maximale sur tapis roulant est définie comme la vitesse la plus élevée à laquelle le patient a pu se déplacer pendant au moins une minute avant l’instabilité de la marche. Les limitations cardiovasculaires sont atteintes ou l’arrêt volontaire du test pendant la marche sur tapis roulant, plusieurs mesures sont évaluées à l’aide d’un système de capture de mouvement et d’un système EMG et du système métabolique portable hors ligne.

Les données de capture de mouvement sont suivies manuellement pour plus de précision et une époque d’au moins 10 cycles de pas est choisie pour l’analyse. Le cycle de marche est normalisé en pourcentage d’une frappe du talon à l’autre et interpolé à l’aide d’une spline cubique pour les angles de la hanche et du genou. Les angles articulaires maximaux et les excursions angulaires pendant le cycle de marche sont déterminés pour chaque sujet.

En plus d’une mesure de la coordination intra-membre, l’accent est mis sur la coordination du plan sagittal, de la cinématique de la hanche et du genou, qui peut être évaluée en examinant la cohérence des tracés de l’angle de la hanche et du genou. Le coefficient de correspondance moyen est utilisé pour calculer la cohérence de la coordination entre les membres. Le tracé de l’angle de l’angle hanche-genou est utilisé pour définir le cosigne et le signe de la direction du vecteur.

Comme le changement des angles de hanche et de genou normalisé à la longueur vectorielle pour chaque intervalle d’image à image. La moyenne de ces valeurs de signe et de co-signe est calculée sur tous les cycles de pas pour chaque intervalle de cadre correspondant. À l’aide de ces valeurs moyennes, la longueur moyenne du vecteur pour chaque intervalle d’image à image est calculée.

La moyenne arithmétique de la longueur moyenne du vecteur sur tous les intervalles d’image à image sera une valeur de zéro à un et représentera la dispersion globale des paires de hanche et de genou tout au long du cycle de marche. Pour évaluer l’activité musculaire pendant la déambulation, les modèles d’activité musculaire des signaux EMG sont synchronisés avec les données de capture de mouvement hors ligne, le signal DMG lisse est normalisé en fonction du pourcentage du cycle de marche et moyenné entre au moins 10 pas. Le temps normatif d’activation et d’arrêt des muscles des membres inférieurs pendant la marche est établi à l’aide d’une base de données de contrôles sains pour chaque muscle, les temps normatifs d’activation et d’arrêt du muscle particulier sont superposés aux signaux EMG collectés auprès du sujet.

Le signal EMG est intégré entre les temps d’activation et d’arrêt normatifs. L’indice de spasticité est déterminé en divisant la valeur off par la valeur on. L’absorption maximale d’oxygène pendant l’essai gradué sur tapis roulant est déterminée après téléchargement des données métaboliques portables sur un ordinateur à des fins d’analyse.

Une fois le test sur tapis roulant terminé, plus précisément, la moyenne de la dernière minute des données VO O2 pour chaque époque de vitesse de deux minutes est déterminée et les résultats sont tracés pour chaque vitesse. Les mouvements volontaires sont généralement initiés à partir de signaux neuronaux dans le cortex moteur primaire. Ces signaux voyagent via la piste corticospinale vers les interneurones de la colonne vertébrale, y compris le générateur de motifs centraux et convergent au niveau du motoneurone spinal.

Le motoneurone innerve directement le muscle et provoque une contraction musculaire. Les mouvements volitifs en V peuvent également activer les voies parallèles du tronc cérébral, de la moelle épinière ou de la moelle épinière bulbo. L’une des fonctions de ces voies vertébrales bulbo est de réguler l’excitabilité des neurones spinaux par la libération de neuromodulateurs, en particulier la sérotonine et une lésion incomplète de la moelle épinière entraîne une perte de contrôle volontaire complet en raison de la perturbation des voies corticospinales.

De plus, les circuits spinaux et le motoneurone lui-même deviennent moins excitables en raison de la perte partielle de neuromodulateurs des voies vertébrales bulbo. Ces changements combinés contribuent aux déficits des fonctions motrices observés dans les trois premières parties de cette vidéo. Dans les modèles animaux, l’application de neuromodulateurs comme la sérotonine ou leurs analogues directement sur la moelle épinière peut réanimer ces circuits verts, entraînant une augmentation de la production motrice, une augmentation de l’activité réflexe et une amélioration de la capacité locomotrice.

La dernière partie de cette vidéo montrera comment nous essayons de traduire ce cadre scientifique fondamental chez l’homme. Dans un plan croisé en double aveugle, randomisé et contrôlé par placebo, les effets de l’administration orale aiguë d’inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine sur l’activité motrice sont évalués chez les personnes atteintes d’une lésion motrice incomplète, les mesures cliniques de la moelle épinière, y compris l’Ashworth modifié, l’outil d’évaluation de la moelle épinière pour les réflexes spastiques et le score moteur des membres inférieurs indiquent une augmentation de l’activité réflexe involontaire et de la génération de force volontaire après administration orale d’ISRS chez un individu atteint d’une lésion médullaire incomplète motrice. De plus, les mesures statiques quantitatives de l’activité motrice montrent une augmentation et une prolongation du couple de flexion plantaire de la cheville et de l’EMG en réponse à des étirements répétés des fléchisseurs plantaires et une augmentation du couple isométrique et un déficit d’activation moindre indiqué par un plus grand rapport d’activation centrale.

Les mesures dynamiques quantitatives de l’activité motrice de la cinématique de la hanche et du genou pendant la marche à l’aide d’un CC révèlent une cohérence accrue après la médication par ISRS. Fait intéressant, l’activité EMG des membres inférieurs pendant la marche montre une augmentation du moment inapproprié de l’activité musculaire après un médicament ISRS. Enfin, les paramètres métaboliques pendant la marche révèlent une augmentation modeste de la consommation d’oxygène lors du test sur tapis roulant gradué après l’administration d’ISRS.

Bien que ces changements soient observés chez les personnes atteintes d’une lésion médullaire incomplète chronique, les données préliminaires suggèrent que les changements dans la lésion médullaire incomplète subaiguë pourraient être plus frappants. Par exemple, une personne quatre mois après une lésion médullaire est incapable de prendre des mesures sans aide physique avant de prendre ses médicaments. Après la médication ISRS, la même personne est en mesure de prendre des mesures grâce à ces évaluations cliniques et quantitatives.

Nous avons vu que l’administration aiguë d’inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine peut améliorer la fonction motrice et la capacité de marche chez les personnes atteintes d’une lésion incomplète de la moelle épinière. Cependant, une formation à long terme est nécessaire pour rendre ces changements permanents. L’un des objectifs actuels de notre laboratoire est de combiner ces interventions pharmacologiques avec des interventions physiques intensives afin de rendre permanentes ces améliorations de la fonction motrice et de la capacité de marche.