[PDF] Maxime Geiger 12 mars 2019 Merci pour

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NNT 2019SACLS072

Étude des effets de la stimulation électrique transcrânienne en courant continu (tDCS) sur la fonction motrice volontaire et semi- automatique chez des patients hémiparétiques post AVC Thèse de doctorat de l'Université Paris-Saclay préparée à -Sud École doctorale n°566 " Sciences du sport, de la motricité et du mouvement humain » (SSMMH) Unité de recherche " Complexité, Innovation et Activités Motrices et Sportives » (CIAMS), équipe " Mouvement Humain, Adaptation et

Performance Sportive » (M.H.A.P.S)

Unité de recherche " Handicap neuromusculaire : Physiopathologie, Biothérapie et Pharmacologie appliquées » (END-ICAP), équipe 3 " Thérapeutiques innovantes et technologies appliquées aux troubles neuromoteurs » Thèse présentée et soutenue à Orsay, le 12 mars 2019, par

Maxime Geiger

Composition du Jury :

Emilie Simoneau

PU, Université Polytechnique Hauts-de-France (LAMIH, UMR CNRS 8201) Présidente

Patrice Rougier

PU, Université Savoie Mont Blanc (LIBM, EA7424) Rapporteur

Stéphane Mandigout

MCU, Université de Limoges (HAVAE, EA6310) Rapporteur

Éric Azabou

MCU-PH, Université de Versailles Saint-Quentin en Yvelines Examinateur

Alain Hamaoui

PU, (CIAMS, EA 4532) Examinateur

Sidney Grosprêtre

MCU, Université de Franche-Comté (C3S, EA4660) Examinateur

Nicolas Roche

MCU-PH, Université de Versailles Saint-Quentin en Yvelines (END-ICAP, UMR U1179) Directeur

Manh-Cuong Do

PU, Université Paris Saclay (CIAMS, EA 4532) Co-directeur

Raphaël Zory

PU, Université Nice Sophia Antipolis (LAMHESS, EA6312) Co-directeur

Remerciements

n moment ou à un autre lors de ce travail de thèse. temps de lire,

commenter et critiquer mon manuscrit de thèse. Je tiens également à remercier les membres du jury

Sidney Grosprêtre, vos différents profils réunis afin de juger mon travail semblent refléter le principe

Je remercie également mes directeurs de thèse.

remercie. Je ne te cache pas que tes sms " rdv ce soir, fa » à 9h du matin me

provoquaient des augmentations de la pression artérielle pour le reste de la journée. Néanmoins, tu as

toujours su trouver les mots pour me remotiver dans les moments difficiles, tu étais également présent

pour décompresser en discutant de tout et de rien. Ton seul vrai défaut étant de ne jamais honorer tes

moins 10 pizzas (à chaque fois que tu pariais sur une victoire ?). Blague à part, merci pour tout. Merci pour les conseils (scientifiques et golfiques), les remontrances (surtout scientifiques

Raphaël, tu as été le premier à me donner ma chance à Garches lors de mon Master 1.

Malheureusement, tu es parti dans les contrées niçoises avant que ma thèse ne débute. Merci pour ton

aide sur ce fameux dynamomètre iso pour toi. Merci (ou pas ?) pour sentir rapi ! Mr pas !), merci pour tous vos conseils culinaires et de maniement toujours impressionné. Votre approche manuelle de la recherche peut paraitre atypique, mais elle dernière. Pour cela, je remercie Céline Bonnyaud et D durant cette thèse.

et ami au cours de cette thèse fait partie des meilleures choses qui me soient arrivées. Présente dans

les moments difficiles, mais également les bons, nos discussions (toujours TRÈS pertinentes) étaient

! Faire partie de ton équipe était particulièrement gratifiant, tes remarques mis le nez dans

mon caca » comme tu dis. Peut-être ai-je développé un syndrome de Stockholm, car malgré cela, je

le pourquoi du comment nous utilisons tel ou tel outil, telle ou tell apier de méthodologie

être une oreille attentive et me prodiguer de nombreux conseils (surtout en fin de journée !), pour cela

je te remercie. Je

Je remercie Mr Bernard Bussel, travailler à votre côté a été un honneur. Merci pour tous vos

accompagné au cours de mon master et de cette thèse. : Thierry, Magalie et

Marianne, les infirmiers et infirmières travaillant avec le Dr Nicolas Roche. Merci pour tout, vous

aide, parfois en tant que relai entre les patients et nous, parfois en tant Je profite de ces remerciements pour remercier quel lors de mon

Poulain, Nicolas Termoz, Jean Slawinski, Sylvie Martin, Éric Yiou et Thomas Deroche. Vous

Je tiens à remercier chaleureusement mes compagnons de thèse, étant en co-encadrement

la vie de deux laboratoires. on a travaillé nnée

bref un sacré duo ! Merci pour les concerts, les découvertes culturelles, les bières pendant les concerts,

les bières à Saint-aiment aidé à

supporter tout ce travail ͫ. Ces années auraient été bien fades sans toi ! Merci également à Sophie,

Claire, Julien, Samuel, Tong, Élodie, Hugo, Thomas et Hélène pour votre aide, vos conseils, mais,

également les rigolades, les restos ou les apéros. Je remercie également les quelques stagiaires

de thèse à de nombreuses reprises : Julien, Cédric, Léo et Manon. Vous nous avez détournés du droit

chemin avec Anthony, mais, quel plaisir ! Vous avoir eus avec nous a été une vraie chance, autant au

: mi-ingénieur, mi-esc à , Nicolas, Jean, Yu-Fang et Ramez.

Merci également à Guillaume pour cette summer school dont je me souviendrai, merci à Mich pour

toutes nos discussions scientifiques et vidéoludiques. Merci à Stéphane, Hugo, Florie et Irène pour la

semaine au ski. Merci également à Servane, Anne et Mathieu pour votre accueil et vos conseils rsonne. Merci à tous pour votre aide dans la

Je vais maintenant remercier tous mes amis, vous avez été présent lorsque je me plaignais, mais,

également et surtout dans tous les bons moments.

Merci à mes amis de " STAPS » : Julie, Kate, Margot, Céline, Tifène, Gwendo, Mathilde, Alex,

Manu, Jérèm, Romain, Dim et Yoann. Vous êtes tous fous us universitaire et su me faire décrocher de la thèse : Bruna, Melissa,

Margot, Marie et Simon. Merci à Audrey et Greg, mes amis exilés du 92, merci pour les soirées jeux

de société, désolé Audrey, mais, je continuerai de choisir Greg pour jouer au trivial pursuit !

Merci à mes amis Lucille, Elise, Loolie, Céline, Jah, Sarah, Virginie, Margot, Tom, Arthur, Lo,

Maxime, Valou, Phil, Gatt, Pierre, Elio, Mat, Alex. Merci à tous, mercavoir été à mes côtés durant

cette thèse. Mat, Elio, Alex et Pierre, nous nous écrivons quotidiennement, toujours pour des

discussions profondeon soyons sérieux, merci pour la folie que vous os critiques lorsque je vous demandais votre avis sur mon travail, merci il pas de participer ? Merci encore les gars.

Merci à Florent, Rémy et Antoine pour nos années de basket, nos sessions musicales, nos

discussions, vos conseils et votre soutienartager ces moments avec vous pendant cette thèse a été très important pour moi. Merci à Jordan pour sa patience et son enseignement de la batterie. Traverser Paris en scooter pour venir jouer dans un garage était une aventure à chaque fois. Merci à mes amis du basket, Rémy, Antoine, Daniel (coach), Bryan (le pilote), Mathieu

(Victor), Alex (le passeur), Mathieu (le corse), Nico (et son égo), Clément (José) et Audric (le roi du

double pas). Vous avez été la meilleure équipe que je pouvais avoir durant cette thèse. Désolé coach

ticle, le basket était le défouloir parfait. souvent conversé : 87, pour nos discussions musicales et cinématographiques, Mclau, Kiiwii et

Ironneb pour les soirée

accompagnées durant les longues heures de traitement de données des analyses de la marche. Je remercie également très chaleureusement tous les membres de ma famille, Papy, Danielle,

Caro, Philippe, Clément, Julie, Thomas, Nico, Céline, Manon, Thibaud, Fanou, Laeti, Matthieu, Léo,

Clairette et Francis. Merci à ma maman, Nathalie, mon frère, Quentin et à Emeline. Je suis sûr que

vous pourriez presque tous expliquer correctement en quoi consistait mon travail désormais. Blague

à part, merci à toute ma famille pour les moments très importants de déconnexion, que ce soit le

week-end à la campagne ou en vacances au bord du lac. Merci à tous, je suis !

Merci également à Florence, Fifou, Maïlys, Stéphane, Chloé et Xavier, la famille de celle qui

ors que tu

étais toi-

de me guider et de me rendre heureux durant ces années de travail.

À André,

Contributions personnelles

Publications scientifiques de cette thèse

Geiger, M., Supiot, A., Pradon, D., Do, M.-C., Zory, R., & Roche, N. (2019). Minimal detectable change of kinematic and spatiotemporal parameters in patients with chronic stroke across three sessions of gait analysis. Human Movement Science, 64(January), 101107. Geiger, M., Supiot, A., Zory, R., Aegerter, P., Pradon, D., & Roche, N. (2017). The effect of transcranial direct current stimulation (tDCS) on locomotion and balance in patients with chronic stroke: study protocol for a randomised controlled trial. Trials, 18(1), 492. Roche, N., Geiger, M., & Bussel, B. (2015). Mechanisms underlying transcranial direct current stimulation in rehabilitation. Annals of Physical and Rehabilitation Medicine, 58(4), 214219.

Autres publications scientifiques

Geiger, M., Bonnyaud, C., Bussel, B., & Roche, N. (2018). Assessing of imagined and real expanded

Timed Up and Go tests in patients with chronic stroke: A case-control study. Journal of Rehabilitation

Medicine, 50(5), 413419.

Geiger, M., Bonnyaud, C., Fery, Y.-A., Bussel, B., & Roche, N. (2017). Evaluating the Effect of Cognitive Dysfunction on Mental Imagery in Patients with Stroke Using Temporal Congruence and Roche, N., Bonnyaud, C., Geiger, M., Bussel, B., & Bensmail, D. (2015). Relationship between hip flexion and ankle dorsiflexion during swing phase in chronic stroke patients. Clinical Biomechanics (Bristol, Avon), 30(3), 219225. Supiot, A., Geiger, M., Bensmail, D., Aegerter, P., Pradon, D., & Roche, N. (2018). Effect of botulinum toxin injection on length and force of the rectus femoris and triceps surae muscles during locomotion in patients with chronic hemiparesis (FOLOTOX). BMC Neurology, 18(1), 104.

Communications orales

Geiger M., Supiot A., Pradon D., Do M-C., Zory R., & Roche N. (2017). Changement minimum

détectable des paramètres cinématiques et spatio-temporels chez les patients hémiparétiques

chroniques., in 17ème ercheurs en Activités Physiques et Sportives,

ACAPS, Dijon.

Geiger M., Zory R., Cattagni T., & Roche N. (2017). Effects of a single session of bihemispheric

transcranial direct current stimulation on the strength and activation level of knee extensors in stroke

patients., in 22ème European College of Sport Science, ECSS, Essen. Geiger M., Do M-C., Zory R., & Roche N. (2015). Etude des effets de la stimulation électrique

transcrânienne en courant continu (tDCS) sur la fonction motrice volontaire et semi-automatique chez

des patients hémiparétiques post AVC., in 1er Congrès de la Fédération Demenÿ-Vaucanson,

FEDEV, Orsay.

Liste des abréviations

10MWT Test de vitesse de marche de 10 mètres

6MWT Test de marche de 6 minutes

AMS Aire Motrice Supplémentaire

AQM Analyse Quantifiée de la Marche

ATM Augmentation du Tonus Musculaire

AVC Accident Vasculaire Cérébral

bi-tDCS tDCS Bilatérale

CCI Coefficient de Corrélation Intraclasse

CMD Changement Minimum Détectable

CMV Contraction Maximale Volontaire

CPM Cortex Pré Moteur

DTR Demi-Temps de Relaxation

EMG Electromyographie

IIH Inhibition Interhémisphérique

M1 Cortex Moteur Primaire

MN Motoneurone

Į Motoneurone Alpha

NAV Niveau d'Activation Volontaire

NIBS Non Invasive Brain Stimulation

PEM Potentiel Evoqué Moteur

PH Patient Hémiparétique

RMS Root Mean Square

S1M1 Cortex Sensorimoteur

SMT Stimulation Magnétique Transcrânienne

SMTr Stimulation magnétique transcrânienne répétitive

TA Tibialis Anterior

TC Temps de Contraction

tDCS transcranial Direct Current Stimulation

TUG Timed Up and Go

Table des matières

1 INTRODUCTION ....................................................................................................................................... 1

2 GENERALITES .......................................................................................................................................... 3

2.1 LE MOUVEMENT VOLONTAIRE ET LE MOUVEMENT REFLEXE : ORGANISATION ET DEFINITION .......................................... 3

2.1.1 Le mouvement volontaire ................................................................................................................ 3

2.1.2 Mouvement réflexe : inhibition réciproque et réflexe myotatique ................................................ 12

2.2 'ACCIDENT VASCULAIRE CEREBRAL .................................................................................................................. 14

2.2.1 Épidémiologie et description ......................................................................................................... 14

2.2.2 Récupération sensorimotrice post-lésionnelle ............................................................................... 15

2.2.3 Les atteintes motrices des membres inférieurs ............................................................................. 16

2.2.4 Conséquences des atteintes motrices ............................................................................................ 20

2.2.5 Traitement des troubles moteurs .................................................................................................. 20

2.3 LA STIMULATION ELECTRIQUE TRANSCRANIENNE A COURANT CONTINU ................................................................... 24

2.3.1 Les mécanismes sous-jacents de la tDCS en rééducation .............................................................. 24

2.3.2 Informations complémentaires à propos de la tDCS ..................................................................... 31

3 PROBLEMATIQUE DE LA THESE : QUESTIONS SCIENTIFIQUES ET HYPOTHESES ...................................... 39

4 ', UN MOUVEMENT VOLONTAIRE PERTURBE CHEZ LES PATIENTS

HEMIPARETIQUES .......................................................................................................................................... 41

4.1 DESCRIPTION DU MOUVEMENT ....................................................................................................................... 41

4.2 ACTIVATION CORTICALE LORS DE L'EXTENSION DE JAMBE CHEZ LES SUJETS SAINS ....................................................... 43

4.3 ACTIVATION CORTICALE LORS DE L'EXTENSION DE JAMBE CHEZ LES PATIENTS HEMIPARETIQUES .................................... 44

4.4 PARAMETRES NEUROMUSCULAIRES DE L'EXTENSION DE GENOU ............................................................................. 45

4.4.1 Du point de vue central ................................................................................................................. 47

4.4.2 Du point de vue périphérique ........................................................................................................ 49

4.5 CONSEQUENCES DE L' SUR LA FORCE VOLONTAIRE DES MEMBRES INFERIEURS CHEZ LES PATIENTS HEMIPARETIQUES .. 51

4.5.1 Conséquences sur les paramètres mécaniques ............................................................................. 51

4.5.2 Conséquences sur les paramètres électromyographiques ............................................................ 52

4.6 CONSEQUENCES DE L' SUR LE REFLEXE D'ETIREMENT DES EXTENSEURS DE GENOU ............................................... 52

4.7 EFFETS DE LA TDCS SUR LA FORCE VOLONTAIRE DES MEMBRES INFERIEURS .............................................................. 53

4.7.1 Chez le sujet sain ........................................................................................................................... 53

4.7.2 Chez les patients hémiparétiques .................................................................................................. 54

4.8 EFFETS DE LA TDCS SUR LE REFLEXE D'ETIREMENT DES PATIENTS HEMIPARETIQUES ................................................... 55

5 LES EFFETS DE LA BI-TDCS SUR LE MOUVEMEN;'NSION DE GENOU) CHEZ LES

PATIENTS HEMIPARETIQUES .......................................................................................................................... 57

5.1 PROBLEMATIQUE ET HYPOTHESE ..................................................................................................................... 57

5.2 LES EFFETS DE LA TDCS BILATERALE SUR LA CMV ISOMETRIQUE, L'ACTIVATION VOLONTAIRE ET LES PROPRIETES

CONTRACTILES DES EXTENSEURS DU GENOU PARETIQUE DES PATIENTS HEMIPARETIQUES ...................................................... 58

5.3 LES EFFETS DE LA BI-TDCS SUR LE REFLEXE D'ETIREMENT DU QUADRICEPS PARETIQUE DES PH CHRONIQUES................... 84

6 LA LOCOMOTION, UN MOUVEMENT SEMI-AUTOMATIQUE PERTURBE CHEZ LES PATIENTS

HEMIPARETIQUES ........................................................................................................................................ 104

6.1 CIRCUITERIE DE LA LOCOMOTION CHEZ LES SUJETS SAINS .................................................................................... 104

6.2 CIRCUITERIE DE LA LOCOMOTION CHEZ LES PATIENTS HEMIPARETIQUES ................................................................. 105

6.3 ORGANISATION DE LA LOCOMOTION .............................................................................................................. 106

6.3.1 Les paramètres cinématiques ...................................................................................................... 107

6.3.2 Les paramètres électromyographiques ....................................................................................... 110

6.3.3 Les paramètres cinétiques ........................................................................................................... 111

6.4 ÉVALUATION DE LA LOCOMOTION ................................................................................................................. 112

6.4.1 Évaluation tridimensionnelle ....................................................................................................... 112

6.5 CONSEQUENCES DE L' SUR LA LOCOMOTION DES PATIENTS HEMIPARETIQUES .................................................. 122

6.6 EFFETS DE LA TDCS SUR LA LOCOMOTION ....................................................................................................... 124

6.6.1 Chez le sujet sain ......................................................................................................................... 124

6.6.2 Chez les patients hémiparétiques ................................................................................................ 125

7 LES EFFETS DE LA TDCS ANODALE SUR LA LOCOMOTION DES PATIENTS HEMIPARETIQUES ................ 127

7.1 PROBLEMATIQUE ET HYPOTHESES .................................................................................................................. 127

7.2 METHODOLOGIE DU PROTOCOLE HEMILOCOSTICOR .......................................................................................... 128

7.3 LES EFFETS DE LA TDCS SUR LA CINEMATIQUE, LES PARAMETRES SPATIOTEMPORELS ET EMG DES PATIENTS

HEMIPARETIQUES ................................................................................................................................................ 141

7.3.1 Synthèse et résultats complémentaires ....................................................................................... 171

7.4 LES EFFETS DE LA TDCS ANODALE SUR LA PERFORMANCE AUX TESTS FONCTIONNELS DES PATIENTS HEMIPARETIQUES ..... 171

7.4.1 Présentation des tests fonctionnels ............................................................................................. 171

7.4.3 Reproductibilité des tests fonctionnels ........................................................................................ 173

7.4.4 Les effets de la tDCS sur les tests fonctionnels dans la littérature .............................................. 175

7.4.5 Méthodologie .............................................................................................................................. 175

7.4.6 Hypothèses .................................................................................................................................. 176

7.4.7 Étude des effets de la tDCS anodale sur les tests fonctionnels .................................................... 176

8 'MBLE DES RESULTATS DES EXPERIMENTATIONS ............................................. 177

8.1 ÉTUDE DES EFFETS DE LA BI-TDCS SUR LA FORCE VOLONTAIRE MAXIMALE ISOMETRIQUE DU QUADRICEPS DES PH ET DES

SUJETS SAINS ...................................................................................................................................................... 178

8.1.1 Rappels des résultats et conclusion ............................................................................................. 178

volontaire du quadriceps des participants ? .............................................................................................. 179

8.2 ÉTUDE DES EFFETS DE LA TDCS ANODALE SUR LES PARAMETRES SPATIOTEMPORELS ET LES ACTIVITES EMG DE LA

LOCOMOTION DES PH CHRONIQUES ........................................................................................................................ 181

8.2.1 Rappels des résultats et conclusion. ............................................................................................ 181

8.3 POURQUOI LA TDCS N'A-T-ELLE PAS AMELIORE LA FORCE VOLONTAIRE, NI LA LOCOMOTION, NI LES TESTS FONCTIONNELS

DES PH CHRONIQUES ? ........................................................................................................................................ 182

les PH chroniques ....................................................................................................................................... 182

8.3.2 Autres pistes explicatives ............................................................................................................ 186

9 CONCLUSION ET PERSPECTIVES ........................................................................................................... 189

10 BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................................... 191

Liste des figures

FIGURE 1 : LOCALISATION DES AIRES 4 ET 6 DE BRODMANN. ................................................................................................ 4

FIGURE 2 : REPRESENTATION GRAPHIQUE DE L'HOMONCULUS MOTEUR, CHAQUE PARTIE DU CORPS REPRESENTEE GRAPHIQUEMENT EST

CONTROLEE PAR LA ZONE CORTICALE SOUS-JACENTE. ................................................................................................. 4

FIGURE 3 : REPRESENTATION SIMPLIFIEE DE L'HOMONCULUS. D'APRES PURVES ET AL., (2015), PAGE 381. ................................... 5

FIGURE 4 : REPRESENTATION SCHEMATIQUE DE L'ORGANISATION EN COUCHE DES NEURONES MOTEURS DU CORTEX MOTEUR PRIMAIRE.

....................................................................................................................................................................... 6

FIGURE 5 : RESUME DU CHEMINEMENT CORTICAL MENANT A UN MOUVEMENT VOLONTAIRE. INSPIRE DU MODELE DE DESMURGET ET

SIRIGU, (2015) .................................................................................................................................................. 8

FIGURE 6 : REPRESENTATION GRAPHIQUE D'UN POOL DE MOTONEURONES. ........................................................................... 10

FIGURE 7 : REPRESENTATION GRAPHIQUE D'UNE UNITE MOTRICE. ........................................................................................ 11

FIGURE 8 : REPRESENTATION GRAPHIQUE D'UNE JONCTION NEUROMUSCULAIRE. .................................................................... 11

FIGURE 9:DESCRIPTION DE L'ARC REFLEXE : LES FIBRES IA (EN BLEU) FONT SYNAPSE EXCITATRICE AVEC LES MOTONEURONES

HOMONYMES ENTRAINANT UNE CONTRACTION DU MUSCLE AGONISTE. LES FIBRES IA ACTIVENT EGALEMENT L'INTERNEURONE DE

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