Récupération motrice après AVC aspect électrophysiologique

• 3 questions : • comment le SNC réagit-il à la lésion? • Est ce lié à la récupération?• Comment favoriser la récupération?

• Techniques chez l'homme – Imagerie : PET, fMRI

– Electrophysiologie: TMS

Hémiplégie vasculaire

•Lésion du cortex moteur ou du faisceau pyramidal.

•Hémiplégie controlatérale

•Récupération « spontanée » en quelques mois.

•Un patient sur deux garde une incapacité du membre supérieur

Récupération de la fonction motrice.

Noir: fonction nleGris: réduiteBlanc: absenteHachure: dcd.

Nakayama et al. Arch Phys Med Rehabil. 1994 75:394-398 et 852-857.

Heller et al. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 1987 50:714-9.

Cortex moteur et faisceau pyramidal

Facteurs de pronostic et mécanismes de la récupération

• 0- restitution (reperméabilisation, diminution de l'œdème…)

• 1- Influence des caractéristiques anatomiques de la lésion

• 2- Variation de l'excitabilité corticale

• 3- Plasticité des cartes corticales

• 4- Vicariance (Utilisation d’une voie qui avait auparavant une autre fonction).

– 3a Aires motrices multiples

– 3b Aires motrices ipsilatérales

– 3c Utilisation de systèmes sous corticaux

• 5- Acquisition d’autres stratégies motrices.

1- Localisation des lésions

• Seitz et al.

• Arch Neurol. 1998;55:1081-1088.

Superposition des lésions cérébrales qui entraînent une hémiplégie

localisation de la lésion et pronostic

Fonction plus altérée si la lésion intéresse la région de la main.

Crafton et al. Brain 2003 126: 1650-1659; En haut corrélation chez 21 patients, en bas exemple chez le sujet indiqué.

Parallélisme lésion-fonction ?

Thalamic metabolism and cortico-spinal tract integrity determine motor recovery in stroke. Binkofski et al. Ann Neurol. 1996: 39: 460-470.

Bonne récupération Mauvaise récupération

Nb de fibres pyramidales lésées

• Feydy et al. Stroke. 2002 33 :1610-7.

• La récupération est fonction du nombre total de fibres lésées dans la capsule interne

• (Stim magnétique, dégénérescence Wallerienne)

2- Excitabilité de la voie cortico-spinale

• AVC Coté lésé:

– Réponse retardée ou absente

– Polyphasique,

– Période de silence variable

Heald et al. Brain 1993, 116, 1371-1385

Voir aussi : Siebner et Rothwell, Exp Br res, 2003, 148: 1-16. Dobkin, Current opinion in neurology, 2003, 16, 685-691.

Allongement de la durée de la période de silence

2 patients avec des MEP subnormaux et une SP prolongée.

Evolution parallèle de la SP et du niveau fonctionnel.

La déficience pourrait être en partie due à une hyperactivité de phénomènes inhibiteurs intracorticaux.

Classen et al.Brain. 1997, 120 :605-19.

Effet à distance : diaschisis• The Monakow concept of diaschisis: origins and perspectives.

• Finger et al. Arch Neurol, 2004 61:283-8.

• Baisse de l'excitabilité dans les zones normalement activées par la zone lésée.

• Cortex cérébral controlatéral (via le corps calleux)

• Cervelet controlatéral (via les pédoncules cérébelleux).

3- Plasticité des aires corticales: lésion périphérique

• Aires 3b et SI chez le singe après différentes manipulations.

• Plasticity of sensory and motor maps in adult mammals. Kaas, 1991, Ann Rev. Neurosci. 14: 37-167.

• Voir aussi : Plasticité post-lésionnelle des cartes corticales somatosensorielles : une revue. C. Xerri, CR Acad Sci, 1998, 321 : 135-151.

Plasticité neurobiologique

Cette plasticité a t-elle un effet fonctionnel ? Cet effet est il bénéfique ou perturbateur ?

Taub et al. Nature Neuroscience reviews, 2002, 3, 228-236.

Plasticité corticale due à l'entraînement

• Singe entraîné dans une tâche comportementale significative : • - élargissement de la carte du doigt stimulé• - rétrécissement des champs récepteurs. • Jenkins et al. J. Neurophysiol. 1990 63: 82-104. Functional reorganization of primary somatosensory cortex in

adult owl monkeys after behaviorally controlled tactile stimulation.

Plasticité d’une carte motrice après lésion périphérique

• Carte de la face chez le rat après lésion du nerf facial .

• Sanes JN, Suner S, Lando JF, Donoghue JP. • Rapid reorganization of adult rat motor cortex somatic representation patterns after

motor nerve injury. Proc Natl Acad Sci USA 1988;85: 2003-2007.

Plasticité de la carte motrice de la main après lésion corticale

• Nudo RJ, Wise BM, SiFuentes F, Milliken GW. Neural substrates for the effects of rehabilitative training on motor recovery after ischemic infarct. Science 1996;272: 1791-1794.

• Adapté: Nudo et al. Role of adaptive plasticity in recovery of function after damage to motor cortex. Muscle Nerve. 2001 Aug;24(8):1000-19.

Rôle des stratégies motrices

• Les singes peuvent utiliser des stratégies motrices différentes.

• Friel KM, Nudo RJ. Recovery of motor function after focal cortical injury in primates: compensatory movement patterns used during rehabilitative training. Somatosens Mot Res. 1998;

4a : Vicariance

aires motrices multiples

Aire motrice primaireAire prémotrice d et vAire motrice supplémentaire (SMA)Aires pariétales

Relation lésion-fonction

• Fries et al. Brain 1991• Relation récupération

localisation de la lésion. • Anatomie rétrograde (singe):

axones provenant des différentes aires motrices dans la capsule interne

SMA, PM, M

IRMf : recrutement d’aires corticales

• Feydy et al. Stroke, 2202, 33: 1610-1617.

• IRM anatomique: Lésions sous corticales (1-10) et corticales (11-14), T1 et T2.

Exemple d’activation IRMf.

Suivi longitudinal: schémas évolutifs

• Feydy et al. 2002• Différents schémas d’évolution

vers la récupération

A: Initial focusing (M1 normal, PAQ.)B: Progressive focusing (M1 normal, POI)

C: Persistent recruitment (M1 lesioned HEM)

Suivi longitudinal IRMf

En haut : exemple de suivi longitudinal chez un patient.

aires dont l’activité décroît avec la récupération.

aires dont l’activité croit avec la récupération

En bas : moyenne du groupe.

Ward et al. Brain 2003: 126 : 2476-2496.

Plasticité inter-cartes : role de l’aire prémotrice.

Liu Y, Rouiller EM, Exp Brain Res. 1999 128: 149-59. "Our results are consistent with the hypothesis that the dorsal premotor cortex of the affected hemisphere can reorganize to control basic parameters of movement usually assigned to M1 function. "

2 singes

M1 main coté lésé (C)M1 proximal coté lésé (D)M1 main coté intact (E)M1 proximal coté intact (F)PM (d et v) coté lésé (G)PMd coté lésé (H)PMv coté lésé (I)PM (d et v) coté intact (J)

M1 main coté lésé (K)PM (d et v) coté lésé (L)M1 main coté intact (M)

Plasticité inter-cartes après lésion corticale

• Frost et al. J Neurophysiol 89: 3205-3214, 2003 • Reorganization of Remote Cortical Regions After Ischemic Brain Injury: A Potential

Substrate for Stroke Recovery

Carte de l’aire prémotrice avant et 1 semaine après

une lésion de l’aire motrice.Augmentation de l’aire de la main.

Augmentation de l’aire PMv en rapport avec l’extension de la lésion de M1 (chez 5 singes)

Suspension de l'activité de Pmd par la TMS

Muscle contralateral FDI, exemples Moyenne de groupe

Fridman et al. Reorganization of the human ipsilesional premotor cortex after stroke Brain (2004), 127, 747-758

4 patients: lésion subcorticale, épargnant les fibres issues de PM, bonne récupérationLa TMS perturbe l'activité de zones corticales.

4b Vicariance : Cortex ipsilatéral chez l’enfant

Enfant ayant eu une lésion néonatale et une hémisphérectomie pour épilepsie

Benecke et al. Exp Br Res, 1991, 83: 419-426.

Plasticité après lésion néonatale chez l’animal

• Armand et Kably, Tutorials in Motor Behavior II.

Lésion néonatale (hachures) et HRP injectée (dots).

Innervation en gris-vert surajoutée à l’innervation normale (noir).

thalamus ventrobasalRed Nucleus

Pontine NucleiLateral Reticular Nucleus

Dorsal column Nuclei.

HRP

Discuté chez l'adulte

La présence de MEP ipsi-latéraux est observée au début puis décroît avec la récupération.

Une activation bilatérale est plutôt signe de forte déficience.

Mais effet perturbant de la TMS sur PMD ipsi sur le temps de réaction.

D'autant plus sensible que l'activation fMRI est bilatérale

• Johansen-Berget al. The role of ipsilateral premotor cortex in

hand movement after stroke. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002 Oct 29;99(22):14518-23.

(A: TMS sur PMd, B: TMS sur M1)

Trait fin : patients, épais : valides

4c : Rôle du système propriospinal

La commande motrice est davantage relayée au niveau propriospinal chez les patients hémiparétiques. Mazevet et al. Brain, 2003, 126: 988-1000.

E-G : Group effect.

5- Acquisition d’autres stratégies motrices. 15 patients :

initial hemiplegia after ischemic stroke

anatomical lesion including or not M1

9 of them were followed-up.

Functional outcome (Frenchay arm test, BBT, 9HPT)

Reaching for prehension • Object: cone put on a vertical post. • 5 trials / object position Analysis of function

• Natural, unconstrained task

1

2

3 45

67

x

y

z

Recording method• 4 electromagnetic sensors

Polhemus

• 30 Hz

• Axes et joint angles calculated (biomechanical model : Biryukova et al. J. Biomechanics, 2000)

xy

z

x

y

z

y z

x

yz

x

Y

X

Z

ORéférence

M (x, y , z

Healthy subject

Synergy :elbow extension- shoulder flexion

Object (sagittal-far)

WP trajectory

stick diagram (1:3)

3D and horizontal views

• Récupération fonctionnelle :• lissage progressif de la trajectoire du PT

• 2 modes de coordination articulaire

• normalisation des synergies

• Compensation • Rupture de la synergie épaule-coude• utilisation de la redondance

• Correspondant à deux modes de récupération ?

Roby-Brami et al. 2003a,b, Feydy et al. 2002, Levin et al. 2002, Michaelsen et al. 2001,2004

Analyse cinématique des stratégies de compensation

Hand end trunk kinematics.• Hand trajectory

– slow, segmented velocity profile

– Impairment

• Trunk – Increased Trunk

involvement

Trunk and upper limb coordination

Suppression de la compensation

Michaelsen et al Stroke, 2001

– Coordination temporelle épaule-coude.

– Cible 2, tronc libre (gris) ou bloqué (noir).

– Blocage du tronc Amélioration de la coordination

Effet à long terme (3 semaines)

Les patients avec une atteinte sévère tendent à augmenter les compensations. L’exercice en limitant l’usage du tronc peut augmenter l’extension du coude.

Michaelsen et al. Stroke 2004, Stroke 2006

« Constraint therapy » Taub et al. Nature Neuroscience reviews,

2002, 3, 228-236.

- Amélioration fonctionnelle

- Parallèle à une modification de l’excitabilité corticale.

Treatment-Induced Cortical Reorganization After Stroke in Humans Liepert, et al. Stroke. 2000;31:1210.

Résultats de la "Constraint Therapy"

Propositions : • 1 : Limiter les compensations pour rééduquer la

coordination épaule-coude. – constrain-therapy (Taub) + exercices spécifiques.

– étude à moyen terme en cours (Michaelsen et Levin).

• 2 : choix des patients? – Extension du poignet (Taub)

– Analyse fine de la coordination épaule-coude dans les gestes fonctionnels.

Tentative de récapitulation