Pr Philippe THOUMIE, Dr Eric MEVELLEC

1 • Introduction

Les mécanismes qui sous tendent le contrôle du mouvement et d’équilibre sont complexes car ils mettent à contribution des structures très variées du système nerveux. La perturbation des voies ou des centres impliqués dans ce contrôle à l’occasion de pathologies caractérisées ou du vieillissement physiologique, contribue à la genèse de troubles de l’équilibre et de chutes. Nous proposons ici un rappel de physiologie de l’équilibration dont le but est d’aider à mieux caractériser les déficiences responsables de ces troubles et de jeter les bases d’une prise en charge raisonnée des patients chuteurs.

2 • Définitions

Une posture correspond au maintien de toute ou partie du corps dans une position de référence. Amblard et Coll. ont proposé de caractériser la posture en fonction de deux propriétés que sont l’orientation et la stabilisation (1). Ce dernier aspect renvoie à la notion d’équilibre : état qui caractérise un corps lorsque la somme des forces exercées et la somme de leurs moments est nulle.

Le contrôle de l’équilibre est un des aspects particuliers du contrôle postural qui particulièrement développé chez l’homme, en raison de l’instabilité naturelle de la position bipodale. C’est à partir de cette position debout érigée que les réactions au déséquilibre sont les plus complexes et s’opposent à la tendance naturelle de la chute que l’on peut interpréter comme un échec des réactions de correction de l’équilibre.

3 • Bases neurophysiologiques

du contrôle postural

Le contrôle de l’équilibre fait appel à des effecteurs musculaires contrôlés par des structures du système nerveux central, elles mêmes connectées à des afférences péri-phériques, l’ensemble constituant un système de régulation fortement automatisé (2).

Les structures du SNC mises en jeu dans le contrôle postural sont de façon privilégiée le tronc cérébral, le cervelet, les ganglions de la base et les hémisphères cérébraux au niveau de l’aire motrice supplémentaire et du lobe pariétal droit.

• Les ganglions de la base et le tronc cérébral sont les centres régulateurs des ajustements posturaux. Ils agissent en anticipation (feed forward) et en boucle de rétroaction (feed back).

• Les structures hémisphériques joueraient un rôle privilégié dans la représentation corporelle qui fixe le référentiel égocentré.

• Le cervelet joue un rôle important dans la régulation du mouvement au niveau des synergies musculaires. On insiste depuis quelques années sur son rôle clef dans l’acquisition des mouvements

Les effecteurs musculaires sont répartis sur l’ensemble de la musculature tant axiale que périphérique. Pour assurer la partie active du contrôle postural et de l’équilibre, ils doivent s’opposer à l’action de la pesanteur sur les segments de membre superposés. Ils exercent ainsi ces forces soit de façon passive par la mise en jeu de leur composante viscoélastique, soit de façon active par leur recrutement le plus souvent automatique.

Les afférences périphériques regroupent les afférences proprioceptives (neuro-musculaires), extéroceptives (cutanées), labyrinthiques et visuelles.

Il est possible de caractériser leur activation à partir de leur délai de mise en jeu et leur sensibilité au mouvement.

Le délai de mise en jeu :

Les afférences du fuseau neuro-musculaire sont les plus rapidement mises en jeu. Ainsi lors du déséquilibre provoqué par le déplacement d’une plate-forme mobile la dorsiflexion brutale de la cheville entraîne l’apparition, au niveau du Triceps Sural d’un patient en appui bipodal, d’une activité musculaire de courte latence (36-45 ms) puis de moyenne latence (75-90 ms).

Les afférences vestibulaires sont responsables lors de la chute verticale de l’apparition d’une activité électromyographique dans les mem-bres inférieurs dont la latence est de 75 ms.

Les afférences visuelles ne contribuent à moduler les réponses à la déstabilisation qu’au delà de 100 millisecondes

La sensibilité au déplacement

Une étude réalisée sur plate-forme dynamique par Fitzpatrick et McCloskey (3) a bien montré qu la sensibilité au déplacement en position debout était de l’ordre de 10 minutes d’angle (0.003 radian). Elle correspond à la sensibilité proprioceptive des membres inférieurs seuls, issue des fuseaux neuromusculaires. Le seuil visuel était plus élevé à vitesse de déplacement basse, identique à vitesse de déplacement élevée. Le seuil vestibulaire était le plus élevé (4 degrés), ce qui avait déjà été établi par des travaux anciens.

4 • Evaluation

instrumentale de la posture et de l’équilibre

Les concepts concernant la régulation de l’équilibre ainsi que les mesures instru-mentales des paramètres d’équilibration se sont développés à partir de l’utilisation des plates-formes de forces dont la conception a évolué avec le temps. A côté des plates-formes statiques de conception déjà ancienne se sont développées des plates-formes dynamiques auxquelles sont maintenant couplés enregistrements électromyographiques et cinématiques.

La complexité croissant des systèmes, si elle éloigne l’évaluation instrumentale de la sphère de l’exploration accessible au quotidien, a permis de mieux préciser les caractéristiques de l’équilibre en terme de réactions, de référentiel et de stratégies d’équilibration.

La posturographie statique

Les plate-formes de force sont composées d’un plateau rigide de taille variable reposant sur plusieurs transducteurs qui transforment la force appliquée en un signal électrique. La mesure des forces et moments exercés au niveau de la plate-forme permet d’en déduire les coordonnées du centre des pressions et de suivre ses variations dans le temps. L’enregistrement simultané des variations du centre de gravité et des variations du centre des pressions montre au niveau de ce dernier des variations de plus forte amplitude et de plus haute fréquence. On admet que dans les conditions d’un équilibre quasi-statique (oscillations de basse fréquence), les variations du centre des pressions sont corrélées à celles du centre de gravité. Dans les autres situations d’instabilité, la stabilométrie n’analyse que les variations du centre des pressions qui ne sont plus représentatives des variations du centre de gravité.

PRINCIPES D’UTILISATION

L’utilisation d’une plate-forme de forces nécessite, pour l’étude de l’équilibre statique, une normalisation des paramètres qui assure la reproductibilité de l’examen et la compa-raison avec une population de référence.

L’étude de l’équilibre en position debout les yeux ouverts nécessite une stabilisation du regard sur une cible communément placée entre 90 cm et 2 mètres, ce qui correspond à la distance de repos oculaire.

La durée d’acquisition est variable en appui bipodal (20 à 50 sec), plus réduite en appui unipodal.

Plusieurs enregistrements peuvent alors être réalisés en faisant varier les paramètres expérimentaux.

PARAMETRES DE DEPLACEMENT

DU CENTRE DES PRESSIONS (CP)

En équilibre quasi-statique, on peut déterminer les coordonnées moyennes du centre des pressions, le déplacement du centre des pressions et la surface de la courbe correspondant à la surface de l’ellipse incluant 85 ou 95% des points

Le traitement informatisé des données du déplacement du CP dans les axes antéro-postérieur et latéral permet d’en préciser le spectre de puissance (FFT) et le degré d’inter corrélation entre les deux paramètres.

LA STATION DEBOUT IMMOBILE

CHEZ LE SUJET NORMAL

Elle a particulièrement été étudiée en France par Gagey et Weber (4) qui en ont précisé la valeur des paramètres de base dans la population de référence. La surface que balaie le centre des pressions est extrèmement réduite, proche de 1 cm2. Le centre des pressions est situé en arrière et à droite du centre de la plate-forme dans les conditions de normalisation proposées. L’analyse par FFT montre l’absence de pic fréquentiel et des fréquence d’oscillation basses inférieures à 0.5 hZ . Il n’existe qu’une faible inter corrélation entre les deux paramètres de déplacement antéro-postérieur et latéral.

La fermeture des yeux majore la surface d’oscillation. Le rapport entre les valeurs mesurées yeux fermés/yeux ouverts constitue le coefficient de Romberg.

LES LIMITES DE LA STATION DEBOUT

En dehors des conditions d’application précédentes qui ne concernent que l’équilibre statique, plusieurs auteurs ont proposé l’utilisation des plates-formes de force dans l’évaluation dynamique de l’équilibre en modifiant les conditions d’appui au sol : on a ainsi pu proposer la mesure de l’équilibre en appui unipodal, sur un support de mousse et lors de tests évaluant les limites de l’équilibre.

La station debout unipodale

Il s ‘agit d’une situation instable dont on a vu les grandes variations lors de l’évaluation clinique.

L’analyse sur plate-forme de forces trouve son intérêt dans une évaluation quantitative de l’instabilité modérée (le patient doit pouvoir tenir au moins 20 secondes) en pratique orthopédique. Cet examen n’est pas utilisable par compte dans les instabilités majeures liées aux atteintes neurologiques ou au simple vieillissement car la durée de l’appui unipodal dépasse rarement quelques secondes dans ces situations (6). Le simple test clinique d’appui unipodal prend alors toute sa valeur (7).

L’étude du déséquilibre antéro-postérieur

L’équilibre quasi-statique en appui bipodal ne sollicite qu’une partie du système complexe qui assure l’équilibration. On a pu ainsi montrer que les afférences labyrin-thiques n’étaient stimulées qu’au delà d’un certaine amplitude d’oscillations.

Différents auteurs ont proposé au cours des dernières années de sensibiliser l’étude de l’équilibration sur plate-forme de forces en recherchant les limites du déséquilibre.

Ainsi, Schieppati et Coll. (8) ont proposé de mesurer les coordonnées du centre des pressions dans les conditions de base puis en position de déséquilibre volontaire avant et arrière. Ces auteurs ont observé chez le sujet sain une diminution des capacités d’inclinaison volontaire les yeux fermés. Il existe de façon remarquable une importante dégradation de ces résultats lors du vieillissement et chez les patients atteints de maladie de Parkinson.

LA POSTUROGRAPHIE DYNAMIQUE

Les limites de l’utilisation des plates-formes de force statiques ont conduit depuis les travaux initiaux de L. Nashner à proposer l’utilisation de plates-formes dynamiques, permettant à la fois d’induire un déséquilibre par rotation ou translation de la plate-forme, et de mesurer les conséquences mécaniques du recrutement des muscles assurant la correction de l’équilibre. On se reportera avec intérêt aux travaux de l’équipe de Portland sur cette thématique (9).

METHODOLOGIE

La plate-forme dynamique sur lequel repose le sujet en appui bipodal est mobile en rotation ou translation ; le déplacement peut être commandé à l’insu du patient. Les paramètres utilisés pour caractériser les réponses au déséquilibre sont les activités électromyographiques ou les valeurs de couple des muscles clefs de l’équilibration et les déplacements des segments de membres mesurés par un dispositif optoélectronique.

RESULTATS

Les résultats de ces examens peuvent être interprétés à différents niveaux :

Le délai des réponses au niveau d’un même muscle étiré fait apparaître des réponses musculaires de latence variable, correspon-dant à un niveau d’intégration donné : les réponses de courte latence (40 millisecondes) sont d’origine spinale monosynaptique et les réponses à longue latence (>100 ms) sont d’origine supraspinale, c’est à dire qu’elles font relais par des centres du contrôle de l’équilibre situés à la base du cerveau.

La chronologie de mise en jeu des différents groupes musculaires permet de caractériser plusieurs stratégies d’équilibration : disto-proximale ou stratégie de cheville, proximo-distale ou stratégie de hanche.

L’évaluation des réponses motrices en situations de déprivation sensorielle (yeux fermés, sol mousse) permet une exploration des différentes afférences périphériques mises en jeu dans l’équilibration. Un des aspects les plus aboutis de la posturographie dynamique est représenté par l’Equitest qui est une plate-forme mobile que l’on peut paramétrer en stabilisant le support ou l’environnement et qui permet à partir des réponses aux translations du support de préciser les stratégies utilisées par le sujet et d’orienter le diagnostic des troubles de l’équilibre vers une pathologie d’organe (proprioception, vision, vestibule) plus précise.

5 • Biomécanique

de la chute

Si l’équilibre en appui uni ou bipodal a été largement utilisé en recherche fondamentale ou clinique, l’analyse de la chute et de ses caractéristiques en terme d’activités mus-culaires, de cinétique du centre de gravité et d’impact au sol a été plus rarement abordé.

Le rattrapage de l’équilibre au cours de la chute avant est un protocole original développé par M.C. Do (10) au cours duquel le patient est initialement retenu en position incliné puis lâché à son insu avec pour consigne de rattraper l’équilibre en quelques pas. L’évaluation fait appel à l’analyse électromyographique de l’activation des muscles des jambes et l’analyse de la dynamique du centre de gravité et du centre des pressions à l’aide d’une plate-forme de forces. Ce protocole permet de mesurer la chute du centre de gravité au cours de la réaction de rattrapage de l’équilibre et la longueur du pas exécuté pour freiner la chute.

La mesure de l’impact lors de la chute est une problématique intéressante mais qui n’est pas sans poser des problèmes méthodologiques voir éthiques...

van den Kroonenberg et Coll. (11) ont proposé d’étudier, lors de la chute latérale sur un matelas, l’impact sur la hanche et le membre supérieur ainsi que la position du tronc. Ils ont montré qu’il existait plusieurs façons de chuter, suivant en particulier que l’on résistait à la chute ou qu’au contraire on accompagnait celle-ci. Le résultat le plus instructif est que les patients qui résistent à la chute ont un impact plus important que ceux qui se laissent tomber. De plus deux sujets sur six seulement étaient capables de freiner la chute en se retenant avec le membre supérieur.

6 • Le vieillissement

de la posture

et de l’équilibre

Le vieillissement affecte tous les éléments entrant en compte dans la régulation de la posture et de l’équilibre, qu’il s’agisse du contrôle central, des effecteurs moteurs ou des afférences périphériques (12).

Le vieillissement des afférences est le mieux connu car le plus facile à évaluer.

Le vieillissement du système nerveux périphérique a pour conséquence chez le sujet âgé, en l’absence de neuropathie caractérisée, une diminution de la sensibilité vibratoire et discriminative tandis que les explorations neurophysiologiques montrent une diminution des vitesses de conduction nerveuse après 60 ans.

Au niveau visuel, le vieillissement se caractérise par une diminution de la perception fovéale et périphérique et de façon plus spécifique par une diminution de la perception visuelle des oscillations spontanées du corps par rapport à l’environnement.

A niveau vestibulaire, le vieillissement n’est responsable de troubles de l’équilibration que dans les conditions d’exclusion des autres afférences proprioceptives ou visuelles.

Plusieurs protocoles ont été proposés afin de caractériser le vieillissement du contrôle postural, faisant appel suivant les cas à la posturographie statique, dynamique ou à des paradigmes expérimentaux plus sophistiqués.

Sur plate-forme de force statique (examen stabilométrique), le vieillissement se carac-térise par une augmentation des oscillations posturales que l’on peut rapprocher de la perte de la sensibilité discriminative au niveau des pieds sans que cette relation soit exclusive de tout autre paramètre. L’élément le plus caractéristique est l’importance prise au cours du vieillis-sement par les afférences visuelles, qui se caractérise par une augmentation du coefficient de Romberg (rapport des oscillations yeux fermés/yeux ouverts). Dans ces conditions, le sujet âgé "s’accroche" à ses afférences visuelles, plus qu’aux autres affé-rences, proprioceptives ou vestibulaires (13). Au delà d’un certain âge, on observe suivant certains auteurs une inversion de ces résultats, témoignant de la dégradation de la fonction visuelle qui pert alors de sa prépondérance dans les réactions d’équilibration.

L’étude de l’équilibre dynamique sur plate-forme de forces a montré chez les personnes âgées l’utilisation plus fréquente des stratégies de hanches.

Privilégier la stratégie de hanche chez la personne âgée apparaît donc comme une réponse à la perte des afférences périphériques des membres inférieures, bien que l’on ne puisse exclure la participation d’autres paramètres biomécaniques (la diminution de la force des Tibialis et les rétractions d’Achille communément observés lors du vieillissement diminuent également la capacité de réaliser une flexion dorsale de cheville, donc d’utiliser la stratégie de cheville).

Dans le rattrapage de l’équilibre proposé par MC Do, Thelen et coll (14) ont montré chez les personnes âgées que cette stratégie n’était envisageable que jusqu’à un degré d’inclinaison du corps en avant, au delà duquel le rattrapage n’était pas possible. Cet angle limite d’inclinaison diminue chez la personne âgée, plus du fait de la diminution des capacités motrices (incapacité d’augmenter la vitesse d’exécution du pas) que de la diminution des afférences sensorielles.

7• Equilibre et pathologie neurologique

La notion d’un contrôle central de la posture et du mouvement explique l’importance de la perturbation des ces fonctions au cours des atteintes du système nerveux. L’implication à côté des lésions des centres ou des voies nerveuses de complications liées à la croissance chez l’enfant ou de complications orthopédiques à tout âge doit faire prendre en charge simultanément les composantes neuro-orthopédiques des membres inférieurs et les troubles de régulation centrale.

L’HEMIPLEGIE

L’équilibre de l’Hémiplégique se caractérise une augmentation de la surface d’appui en appui bipodal et par un transfert d’appui vers le côté sain, d’autant plus marqué qu’il s’agit d’une hémiplégie gauche. Ceci est interprété comme un décalage de la référence égocentrée du côté de la lésion cérébrale (15). Dans les conditions de déprivation sensorielle étudiée sur Equitest par Bonan et Coll.(16), les patients hémiplégiques privilé-gient les afférences visuelles dans leurs réactions d’équilibration et se trouvent en difficulté lorsque cette afférence est inexacte.

La mise en jeu d’un programme de rééducation utilisant un biofeedback postural peut contribuer à une amélioration de ces troubles statiques (17), cette modification n’étant toutefois pas corrélée à l’amélioration des paramètres d’équilibration au cours de la marche(18). Récemment, une étude pros-pective et comparative a toutefois montré que l’utilisation du feedback visuel n’améliorait pas les scores d’équilibre par rapport à une rééducation classique (19).

LA MALADIE DE PARKINSON

Les troubles de l’équilibre chez le parkinsonnien sont dominés par une perte des réactions d’équilibration et une diminution des ajustements posturaux anticipateurs (20). Il en résulte un retard à l’initiation du mouvement ainsi qu’à sa réalisation en particulier en condition d’équilibre instable. Cette perte d’adaptation rend ces patients particulièrement sensibles aux chutes lors de déséquilibres internes (réalisation d’un geste) ou externe (déstabilisation par une poussée).

Au niveau de la régulation de l’équilibre, les études ont montré chez ces patients une contribution préférentielle des afférences visuelles sur les afférences proprioceptives ou vestibulaires (21)

Au niveau de l’équilibre, l’utilisation de tests cliniques permet de différencier les patients parkinsoniens à risque de chutes des autres. S’il n’existe pas de différence significative en appui bipodal, on observe chez les patients chuteurs une diminution significative de la durée maximale d’équilibre en appui unipodal (22).

LES SYNDROMES CEREBELLEUX

L’augmentation des oscillations posturales du cérébelleux est connue de longue date.

L’utilisation d’une plate-forme de force permet quantifier l’augmentation de la surface du stabilogramme et de suivre l’évolution des troubles sous l’influence d’un traitement. Dichgans et Coll (23) ont dégagé de l’enregistrement stabilométrique quelques éléments plus spécifiques, en particulier l’augmentation privilégiée des oscillations antéropostérieures dans les lésions vermiennes et des oscillations latérales dans les lésions spinocérébelleuses.

LES ATAXIES PROPRIOCEPTIVES

La perte des afférences proprioceptive des membres inférieurs est compensée par une sollicitation préférentielle des afférences visuelles bien mise en évidence par le test de Romberg. Dans les formes frustes , l’examen clinique peut être complété par une évaluation sur plate-forme de force qui permet d’objectiver une valeur élevée du quotient de Romberg.

LES POLYNEVRITES

La neuropathie diabétique entraîne sur le plan postural une augmentation des oscillations posturales mesurées sur plate-forme de forces. Dans les neuropathies évoluées, la perte des afférences périphé-riques et le déficit moteur se conjuguent pour rendre inefficaces les stratégies de cheville et périlleux l’initiation du pas (steppage). La prise en compte de ces déficiences doit conduire dans les formes évoluées à un chaussage adapté qui rigidifiera l’extrémité du membre inférieur tandis que l’on privilégiera l’équilibration à partir des stratégies de hanche.

8 • Chutes

et personnes âgées

L’analyse de la chute des personnes âgées et des complications secondaires à type de fracture de siège divers fait discuter depuis de nombreuses années l’implication d’un certain nombre de paramètres physiques qu’il convient de prendre en compte dans un programme de rééducation.

Les modification de force et d’équilibre liés à l’âge sont bien connues; on a pu ainsi préciser la diminution conjointe lors du vieillissement de la force du quadriceps, de la proprioception articulaire et des capacités posturales (12).

La comparaison de population de patients chuteurs et non chuteurs permet de mettre en avant un certain nombre de caractéristiques du patient à risque de chute. Certains paramètres relèvent de pathologies associées et de caractéristiques de l’environnement et ne seront pas discutés ici. Nous ne soulignerons que les paramètres intéressant le rattrapage de l’équilibre et les facultés de rééducation.

Il existe à la phase initiale du déséquilibre une période critique de mise en jeu des réactions destinées à éviter la chute. Ces réactions ont pour but de freiner la chute du centre de gravité (10). Elles peuvent être mises en défaut chez la personne âgée par plusieurs facteurs :

• Défaut de perception du déséquilibre du fait du vieillissement ou d’une lésion des récepteurs périphériques (visuels, vesti-bulaires, neuro-musculaires et cutanés). La diminution de la vision est associée de façon directe à une majoration du risque de chutes.

• Retard de déclenchement des activités réflexes par augmentation des latences nerveuses (neuropathie, compression des voies nerveuses intra-rachidiennes)

• Augmentation des délais de traitement du signal : le vieillissement se traduit par une augmentation des temps de réaction aux ordres simples et surtout complexes ou successifs

• Impossibilité s’assurer plusieurs taches simultanément : les tests de charge mentale augmentent chez le sujet âgé les temps de réactions élémentaires.

• Déficit moteur au niveau des muscles effecteurs

- Muscles des membres inférieurs qui interviennent dans les réactions d’équilibration tels le Quadriceps et le Tibial antérieur

- Muscles des membres supérieurs tels les triceps qui interviennent dans la protection lors de la chute.

Les capacités d’entretien des fonctions d’équilibration et de la force musculaire sont préservées chez les personnes âgées, ce qui présage de la possibilité d’améliorer ces performances. Les études épidémiologiques ont montré intérêt d’un exercice régulier sur la diminution du risque de chute, indépendamment du rôle de l’exercice sur la prévention de l’ostéoporose. D’une façon générale, comme l’a montré une méta-analyse des études faisant appel à la prise en charge des patients chuteurs (24), toutes les prises en charge incluant exercices et travail de l’équilibre entraînent une diminution du risque de chutes.

9 • Conclusion

Posture et équilibre sollicitent une partie importante de la musculature axiale et périphérique et font appel à une régulation complexe du système nerveux. Les techniques modernes d’évaluation du mouvement permettent de mieux caractériser les déficiences impliquées dans les troubles de l’équilibre et de la marche et de baser les stratégies de rééducation sur des bases cohérentes. La place de ces explorations dans la prise en charge des patients au quotidien reste cependant controversée dans la mesure ou ils n’ont pas prouvé leur supériorité par rapport aux tests cliniques dans la prédiction du risque de chute. u

Service de Rééducation

Neuro-orthopédique

Hôpital ROTHSCHILD

33, boulevard de Picpus

75012 PARIS

BIBLIOGRAPHIE

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