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Les anomalies d'excitabilité du cortex moteur primaire et leurs relations avec les troubles locomoteurs dans la maladie de Parkinson, Relationship between motor mortex excitability and locomotor disorders in Parkinsonian patients

De
194 pages
Sous la direction de Jean-Philippe Azulay
Thèse soutenue le 27 septembre 2010: Aix Marseille 2
Les travaux réalisés lors de cette thèse ont porté sur le cortex moteur et les troubles de la marche de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP). L’atteinte fonctionnelle des aires motrices corticales dans la MP et leur implication dans la physiopathologie des désordres moteurs a surtout été établie à partir de données issues des aires corticales des membres supérieurs. L’analyse électrophysiologique par stimulation magnétique transcranienne réalisée dans ces travaux de thèse a exploré les aires motrices corticales des membres inférieurs et révélé des troubles d’excitabilité différents de ceux classiquement décrits dans les aires corticales des membres supérieurs. En effet, il ressort principalement de l’étude sur le membre inférieur une diminution de la facilitation intracorticale (FIC) alors que la littérature décrit essentiellement pour les aires motrices corticales des membres supérieurs une altération des mécanismes inhibiteurs intracorticaux. Les anomalies corticales mises en évidence sont corrélées avec les paramètres locomoteurs affectés par la maladie, longueur d’enjambée et vitesse de marche. L’analyse des patients avec et sans traitement a permis de montrer que la supplémentation dopaminergique agit à la fois au niveau cortical et locomoteur normalisant partiellement les déficits observés. Les anomalies de FIC des aires corticales motrices des membres inférieurs paraissent donc être impliquées dans la physiopathologie des troubles de la marche dans la MP et pourraient de ce fait constituer un paramètre d’évaluation et un objectif thérapeutique de choix. L’utilisation de la stimulation magnétique transcranienne répétitive couplée à la neuronavigation permettrait d’explorer cette dernière piste.
-Cortex moteur
-Locomotion
-Parkinson
-Stimulation magnétique
-Excitabilité corticale
-Facilitation intracorticale
-Inhibition intracorticale
This thesis aims to study the relationships between motor cortex impairment and locomotor disorders in Parkinsonian patients (PP). Most of the previous studies have focused on the upper limb cortical areas showing the existence of an imbalance in cortical excitability, which mainly evolves towards a state of impaired intracortical inhibition. However, just a few studies have been devoted so far to the exact cortical abnormalities responsible for Parkinsonians’ gait disorders. The transcranial magnetic stimulation (TMS) studies presented here demonstrate that the excitability abnormalities occurring in PP differ between the cortical areas associated with the lower and upper limbs, since defective intracortical facilitation (ICF) processes were mainly detected in the lower limbs cortical areas. Furthermore, these specific excitability abnormalities identified seem to be involve in the genesis of the hypokinetic locomotor component since correlations were established between the ICF level and the shortened stride length (and by correlates, with the reduced velocity). Patients were assessed with and without dopaminergic substitution treatment (DST). We found that DST modified significantly both the cortical excitability abnormalities and the defective locomotor parameters. Impaired facilitatory processes in lower limbs cortical areas may be involved in the pathophysiology of gait disorders in PD. This hypothesis should be addressed in an experiment coupling repetitive TMS and neuronavigation.
Source: http://www.theses.fr/2010AIX22075/document
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THESE DE DOCTORAT DE
L’UNIVERSITE DE LA MEDITERRANNEE

Spécialité Neurosciences
Ecole doctorale des Sciences de la Vient ée t de la Sa

Présentée par
M. François VACHEROT

Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE LA MEDITERRANNEE

LES ANOMALIES D’EXCITABILITE DU CORTEX MOTEUR PRIMAIR E ET LEURS RELATIONS
AVEC LES TROUBLES LOCOMOTEURS DANS LA MALADIE DE PARKI NSON

Sous la direction de M. le Pr Jean A-ZPhULilAYi ppe

Soutenue le 27 septembre 2010

Devant le jury compos é de :
M. le Pr Luc DEFEBVRE (rapporteur)
M. le Pr Alain MAERTENS de NOORDHOUT (rapporteur)
M. le Pr André NIEOULLON (examinateur)
M. le Pr Jean-Philippe AZULAY (directeur de thèse)
Mme le Dr Christine ASSAIANTE (examinateur)
M. le Dr Shahram ATTARIAN (examinateur)
RESUME

Les travaux réalisés lors de cette thèsesu ro nlt ep ocrotrét ex moteur et les troubles
de la marche de patients atteints de la Pmaarlkinasdoine (dMeP ). L’atteinte fonctionnelle
des aires motrices corticales dans la MP eplt iclateiounr dimans la physiopathologie des
désordres moteurs a surtout été établie à pdaorntniére sd eissues des aires corticales des
membres supérieurs. L’analyse électrophysiolopgairq ue stimulation magnétique
transcranienne réalisée dans ces travaux de etxhplèseor éa les aires motrices corticales des
membres inférieurs et révélé des troublesi ldi’teéx cidtifafbérents de ceux classiquement
décrits dans les aires corticales des membireeusr ss. upEénr effet, il ressort principalement
de l’étude sur le membre inférieur une dedim ilnuat iofan cilitation intracorticale (FIC) alors
que la littérature décrit essentiellemaeinrte s pomuort rilcees s corticales des membres
supérieurs une altération des mécanismes inhsib itienturracorticaux. Les anomalies
corticales mises en évidence sont corrélése sp arvaemcè tlres locomoteurs affectés par la
maladie, longueur d’enjambée et vitesse deL’ anmalrcyhse. des patients avec et sans
traitement a permis de montrer que la supploné mdeonpatmatiniergique agit à la fois au
niveau cortical et locomoteur normalisanmte npta rltiels ldéeficits observés. Les anomalies
de FIC des aires corticales motrices des mefémrbiereusr s inparaissent donc être impliquées
dans la physiopathologie des troubles de ldan s malrac heMP et pourraient de ce fait
constituer un paramètre d’évaluation et un tohbéjraepcetuiftique de choix. L’utilisation de
la stimulation magnétique transcranienne r épéctoiutpivleée à la neuronavigation
permettrait d’explorer cette dernière piste.



1
Relationship between motor cortex excitability andl ocomotor disorders in
Parkinsonian patients

This thesis aims to study the relationships b emtowteoer ncortex impairment and
locomotor disorders in Parkinsonian patientsM o(sPtP )o.f the previous studies have focused
on the upper limb cortical areas showing ntche oef xisatne imbalance in cortical
excitability, which mainly evolves towardso f a imsptaairteed intracortical inhibition.
However, just a few studies have been devro tteod tsoh e faexact cortical abnormalities
responsible for Parkinsonians’ gait disorderst. raThnesc ranial magnetic stimulation (TMS)
studies presented here demonstrate that theil eitxyc itaabbnormalities occurring in PP differ
between the cortical areas associated withr tahend lupopweer limbs, since defective
intracortical facilitation (ICF) processes nlwey rede tmeacited in the lower limbs cortical
areas. Furthermore, these specific excitaboilrmitayl iatbiens identified seem to be involve in
the genesis of the hypokinetic locomotor comspionncen tc orrelations were established
between the ICF level and the shortenetdh st(raindde bly ecnogrrelates, with the reduced
velocity). Patients were assessed with and dowpiatmhionuetr gic substitution treatment
(DST). We found that DST modified significantlhy tbhoet cortical excitability abnormalities
and the defective locomotor parameters. Impcaiilreitda tfoary processes in lower limbs
cortical areas may be involved in the patghyo pohfy sigoalito disorders in PD. This hypothesis
should be addressed in an experiment couplintgiv er eTpMeS tand neuronavigation.



2
Mots clé s:cortex moteur primaire, locomotion, maladiek insdoen , Pastrimulation
magnétique transcranienne, excitabilité corftaiciallitea,t ion intracorticale, inhibition
intracorticale, longueur d’enjambée.

Keywords: primary motor cortex, locomotion, Parkinsona’sse ,d isetranscranial magnetic
stimulation, cortical excitability, intraacciloritaictailon , fintracortical inhibition, stride
length.


Laboratoire d’accue il :
CNRS, UMR 6149, Pôle 3C
Equipe “Développement et Pathologie de l’Action”
Université de Provence & CNRS – Centre Saint s Ch–a rClaese B – 3, Place Victor Hugo –
13331 Marseille cedex 03, FRANCE.
Telephone: +33.4.88.57.69.49.

Service hospitalier d’accu eil :
Service du Pr. Azulay – Pathologie du mouveômlenet d–e PNeurosciences cliniques –
Hôpital de la Timone – Bd. Jean Moulin, 13i3l85l Mea rCsedex 05, FRANCE.
Telephone: +33.4.91.38.65.79
Fax: +33.4.91.38.49.46







3
Curriculum vitae


1996-1998 : Deug en Sciences du Sport (UFR STAPS rsMeaille).

1998-1999 : Licence en Sciences du Sport (mentBioienn )A.

1999-2002 : Diplôme d’Etat en Masso-Kinésithéra(piIeF MK Marseille).
Mémoire sur la neurophysiologie de la ldo’éulecutrr oetth érapie antalgique.

2002-2003 : Maîtrise en Sciences du Sport, fil« ièErnet raînement sportif et recherche »
(mention Bien).
Mémoire sur la stimulation magnétique trannscer aneiet n la maladie de
Parkinson.

2003-2004 : DEA de Neurosciences (mention ABien).
Mémoire sur les contributions senoriellreôsl aeu pcoostnutral dans la dystonie
cervicale.

ère2004-2005 : 1 année de thèse en Neurosciences (EDSVS Marse ille).

ème2005-2006 : 2 année de thèse en Neurosciences.

ème
2006-2007 : 3 année de thèse en Neurosciences.
ère 1 année d’école d’Ostéopathie (Institut Francnoiq-uBeri tda’Ostéopathie).

Vacherot F, Vaugoyeau M, Mallau S, Soulayarioalnt eS , C,A ssAzulay JP. Postural
control and sensory integration in cervicaal. Cdlysitno nNieurophysiol. 2007
May;118(5):1019-27.

ème2007-2008 : 4 année de thèse en Neurosciences.
ème
2 année d’école d’Ostéopathie.

ème2008-2009 : 5 année de thèse en Neurosciences.
ème
3 année d’école d’Ostéopathie.

Micallef J, Attarian S, Dubourg O, Gonnaud ePlM, JHY,o gSrtojkovic T, Bernard
R, Jouve E, Pitel S, Vacherot F, Remec AJzFa,b oJuo mEir, LA,l-Moussawi M,
Lefebvre MN, Attolini L, Yaici S, Tanesse D,M, FoPnotuegset J, Blin O. Effect of
ascorbic acid in patients with Charcot-Marie-Todiosetha se type 1A: a
multicentre, randomised, double-blind, plraocleblo-ecdo ntrial. Lancet Neurol.
2009 Oct 7.


4
Azulay JP, Cantiniaux S, Vacherot F, Vaugoyessauia nMt,e AC. Locomotion :
physiologie, méthodes d'analyse et classifeicsa tiporni ncdipaux troubles.
ENCYCL. MED. CHIR. NEUROL., 2009, n° FASC. 17005 D10. - 10 p.

2009-2010 : Soutenance de thèse en Neurosciences.
ème 4 année d’école d’Ostéopathie.

Azulay JP, Vacherot F, Vaugoyeau M. [Gait d:is ormdeecrhsanisms and
classification] Rev Neurol (Paris). 2010 Fe:b14;21-686.( 2)

Vacherot F, Attarian S, Eusebio A, Azulaya bJilP.i tEy xcoift the lower-limb area
of the motor cortex in Parkinson's disease. Nyesuiorlop h Clin. 2010
Aug;40(4):201-8.

Vacherot F., Attarian S., Vaugoyeau M., Azul. aAy mJo.t-oPr cortex excitability
and gait analysis on Parkinsonian patients. M o2v0 1d0 is(sous presse: MDS-10-
0339)


















5
Remerciements

Tout d’abord, un grand merci à Jean-Philippe d’Aazvuolir ayaccepté de diriger ma thèse et
de m’avoir permis d’aborder les thématiques fisqcuieenst ique je souhaitais.

Merci à mon laboratoire d’accueil du CNRS : phSieb,, BSeornard Amblard, et plus
particulièrement Christine et Marianne, présue ntdéebs utd à la fin dans les moments
importants. « Grob » à toutes les deux.

Merci à Shahram Attarian pour son aide, son eenmseenigtn, sa disponibilité.

Merci à l’association France Parkinson pour stoine nsto um’encourageant à terminer cette
thèse.

Merci aux membres du jury de me faire l’hovnanleure rd ’écette thèse, en particulier
messieurs les professeurs Luc Defebvre et rAtleanisn dMea eNoordhout pour leurs rapports.

Merci à mes proches de m’avoir supporté dans etos us elns du terme pendant toutes ces
années difficiles pour eux aussi…






6
Table des matières
I. INTRODUCTION ………………………………………………………………………………….. 11

II .LA MARCHE : DEFINITION ET DESCRIPTION …………………………………………. 13

II.1. Généralités………………………………………………………………………………………………………. 13
II.1.a ) Définition……………………………………………………………………………………….…1.3
II.1.b ) Description du cycle locomoteur………………………………………………….1.3
II.1.c ) Les activations musculaires………………………………………………………….1.5

II.2. Spécificités de la marche humain…e…………………………………………………………………. 19
II.2a.) Spécificités mécaniques……………………………………………………………………….1.9
II.2b.) La coordination posturo-locomotrice…………………………………………… 19
II.2b.) • La posture………………………………………………………………………………… 20
II.2b.) • Le contrôle postural……………………………………………………………….2 2
II.2b.) • Le rôle des afférences sensorielles………………………………………..2 3
II.2b.) • Les interactions entre l’activité loricoem eott le contrôle postural.2.8 .

II.3. Considérations particulièr…e…s …………………………………………………………………………30
II.3 .a) Le problème de la complexité de la tâ…ch…e……………………………….3.0
II.3b.) Les modèles mécaniques……………………………………………………………… 32
II.3 .c) Considérations biomécaniques…………………………………………………….3 3
II.3d.) Les invariants cinétiques et cinématique…s………………………………….3 5

III .NEUROPHYSIOLOGIE DE LA LOCOMOTION ………………………………………….. 37

III.1. Rappels historiqu …e…s …………………………………………………………………………………….. 37

III.2. L’activité médullair…e……………………………………………………………………………………….43
III.2a.) La notion de générateur central de patro…n……………………………………….4 3
III.2b.) Les données chez l’homme………………………………………………………….4 6

III.3. Les aires locomotrices supra-segmentair…e…s …………………………………………………. 49
III.3a.) Le tronc cérébral………………………………………………………………………….5 0
III.3b.) La région locomotrice mésencéphalique……………………………………………..5 0
III.3c.) Le noyau pédonculopontin………………………………………………………….5.2
III.3d.) Le cervelet……………………………………………………………………………………… …55

III.4. Les ganglions de la ba…se………………………………………………………………………………….57
III.4a.) Neuroanatomie………………………………………………………………………………… 5…7
III.4b.) L’approche lesionnelle………………………………………………………………………… 58
III.4c.) Le rôle moteur des GDB…………………………………………………………….5 8

III.5. Les aires corticale…s…………………………………………………………………………………….…… 62
III.5a.) L’approche lésionnelle……………………………………………………………….6.2
III.5b.) Les données électrophysiologiques……………………………………………… 63

7
III.5c.) Les données d’imagerie fonctionnelle………………………………………….6 4
III.5d.) L’intégration des commandes corticales……………………………………………… 65
III.5e.) L’intervention du tractus corticospina ld elo rlsa marche……………………6.6.

III.6. La modulation de l’activité locomotric…e………………………………………………………… 68
III.6a.) Le rôle des afférences périphériques………………………………………… 68
III.6b.) Les voies descendantes……………………………………………………………………….7.1
III.6c.) Les capacités de rétroaction et d’inténg rdaetsio réseaux spinaux………7.3
III.6c.) • La modulation des signaux dse…sc…e…nd…a…n…t ……………………… 73
III.6c.) • La modulation des afférencelsle s…en…s…or…i ………………………… 75
III.6d.) Le système propriospinal…………………………………………………………….7.8
III.6e.) Les informations visuelles…………………………………………………………….7 9
III.6f.) Les informations vestibulaires……………………………………………………………… 81

IV. MODELE EXPERIMENTAL: LA MALADIE DE PARKINSON ………………………..8 3

IV.1. Généralités……………………………………………………………………………………………………… 83
IV.1.a) Historique…………………………………………………………………………………….……8 3
IV.1.b) Epidémiologie………………………………………………………………………………….….84.
IV.1.c) Etiologie………………………………………………………………………………………….…8 5
IV.1.d) Physiopathologie…………………………………………………………………………….8 5
IV.1.e) Diagnostic……………………………………………………………………………………….…8 7
IV.1.f) Eléments cliniques……………………………………………………………………….8 7
IV.1.f) • Les troubles moteurs……………………………………………………………………… 88
IV.1.f) • Les déficits sensoriels et pe…rc…ep…t…ifs……………………………………. 88
IV.1.f) • Evolution……………………………………………………………………………..91

IV.2. Les troubles du contrôle postura…l …………………………………………………………………. 93
IV.2a.) Les troubles de la posture………………………………………………………….9 3
IV.2b.) Les troubles de l’équilibre…………………………………………………………………….9 4

IV.3. Les troubles de la march…e……………………………………………………………………..………. 96
IV.3a.) Description…………………………………………………………………………………….…9.6
IV.3b.) Les troubles paroxystiques de la marche………………………………….. 9.7
IV.3c.) L’indiçage sensoriel……………………………………………………………………… 98

IV.4. Les différents traitements et leurs effet sur les troubles locomoteurs………….. 99
IV.4a.) Le traitement médical…………………………………………………………………..99
IV.4b.) La rééducation fonctionnelle………………………………………………………… 100
IV.4c.) La stimulation cérébrale profonde……………………………………………….1.01
IV.4d.) La stimulation magnétique transcranienne tirtéivpeé…………………………… 102

IV.5. Electrophysiopathologie de la maladie de aP rkinson……………………………….…….. 103
IV.5a.) O rganisation générale des GDB………………………………………………………… 103
IV.5b.) Données électrophysiologiques sur les GDB…………………………………. 104
IV.5c.) Les modèles neurofonctionnels des GDB…………………………………… 106
IV.5d.) Les désordres électrophysiologique dansP …la… M……………………………… 108

8
IV.5e.) Les conséquences de la MP sur les taiciraelse sc…o…r………………………..1 11
IV.5e.) • Les données électrophysiologiques………………………………………………… 111
IV.5e.) • Les données issues de l’imagerie………………………………………. 113
IV.5e.) • Les données issues de la stimulgantiéotniq umea transcranienne….1 15

V. QUESTIONS POSEES ……………………………………………………………….. 116

VI. L’EXCITABILITE DES AIRES CORTICALES DES MEMBRES INEFRIEURS
DANS LA MP …………………………………………………………………….…….. 118

VI.1. Objectifs de l’étude……………………………………………………………………………… 118
VI.2. Méthodologie : la stimulation magnétiquer atnscranienne………………… 118
VI.2a.) La stimulation magnétique transcranienne………………………………… 118
VI.2b.) Acquisition des PEM………………………………………………………………… 119
VI.2c.) Variables mesurées des PEM…………………………………………………….1 20
VI.3. Résulta…ts…………………………………………………………………………………………… 122
VI.4. Discussion-conclusion……………………………………………………………………….…. 124
Article 1…………………………………………………………………………………………………………. 127


VII. CORRELATIONS ENTRES LES TROUBLES ELECTROPHYSIOLOGIQ UES
ET LOCOMOTEURS DANS LA MP …………………………………………….. 128

VII.1. Objectifs de l’étude…………………………………………………………………………….. 128
VII.2. Corrélations entre des données cliniquest électrophysiologiques……. 128
VII.2a.) La bradykinésie…………………………………………………………………………. 129
VII.2b.) La rigidité……………………………………………………………………………………. .130
VII.3. Méthodologie : la SMT et l’analyse de mla arche……………………………… 130
VII.3a.) Le système d’analyse de la marche……………………………………… 130
VII.3b.) Les différentes paramètres locomoteurs………………………………..13 2
VII.3c.) Données de la littérature………………………………………………………… 134
VII.3d.) Acquisition des paramètres…………………………………………………….1 35
VII.4. Résulta… t…s ……………………………………………………………………………………….. 137
VII.5. Discussion-conclusion………………………………………………………………………….. 139
Article 2…………………………………………………………………………………………………………. 140

VIII .DISCUSSION GENERALE – PERSPECTIVES…………………….………….. 141

IX .BIBLIOGRAPHIE …………………………………………………………….………… 147

X. ANNEXE …………………………………………………………………………………. 193


9