Determination of biomechanical markers characterizing early deterioration of locomotion in patients with Multiple Sclerosis
Détermination biomécanique d’indicateurs de dégradation précoce de la locomotion chez des patients présentant une Sclérose en Plaques
Résumé
Despite patients complaints, the rehabilitation of people with Multiple Sclerosis (MS) at an early stage of the
disease is challenging due to the difficulty of describing locomotor disorders through clinical tests. The general
objective of this thesis work was to provide an answer to this clinical challenge by using the tools of biomechanics.
Five studies were set up, with the following objectives: (i) to compare the net muscular moment at the stance
limb during the gait initiation in patients with early MS (EDSS <4 ) to healthy controls, (ii) to compare the spatio
temporal, kinematic and kinetic parameters occurring at the first stance during walking in MS patients to healthy
controls, (iii) to compare the head and trunk accelerations during tandem gait between early-stage MS patients
and healthy controls, (iv) to describe the construction of 2 indexes based on the amount of linear moments to
assess the contribution of each body segment and their loss of effectiveness to tandem gait, (v) to compare the
spatio-temporal parameters and the 2 indexes calculated from linear moments during tandem gait in early-stage
MS patients with healthy controls. The first study showed that MS patients had significant net muscular moment
alterations at the stance ankle and knee joints during gait initiation compared to healthy people. MS patients’
net muscular moments were characterized by a near absence of modulation during the anticipatory postural
adjustments phase. These alterations are the reflect of a modification of the gait initiation motor program. The
second study, focusing on the first stances after gait initiation, demonstrated that MS patients had significantly
shorter first and second steps, while maintaining a gradual increase of their walking speed compared to healthy
subjects. This could constitute an adaptive strategy displayed by MS patients to increase their stability especially
during the transition periods and could be related to co-contractions around the ankle. The third study showed
that head and trunk accelerations allowed to discriminate early stage MS patients from healthy controls. The
fourth and fifth studies described the methodology for constructing the contribution and inefficiency indexes
from linear momentum. The application of these two indexes to MS patients in comparison to healthy controls,
during tandem gait, showed a significant increase in upper limbs movements in the MS group. These indexes
could be used for screening and monitoring early stage balance disorders in MS. The results of these studies
showed that the net muscular moments of the stance limb during gait initiation and the use of contribution and
inefficiency indexes could be used as early biomechanical markers for screening and monitoring the progression
of locomotor disability in MS patients. Based on their use, specific rehabilitation programs could be developed
to reduce the impact of locomotor disorders in early stage MS patients.
En dépit des plaintes des patients, la prise en charge rééducative de la Sclérose en Plaques (SEP) précoce se
heurte à la difficulté d’objectiver les troubles locomoteurs par les tests cliniques. L’objectif général de ce travail
de thèse était d’apporter une réponse à ce verrou clinique en utilisant les outils de la biomécanique. Dans ce but,
cinq études ont été mises en place, avec les objectifs suivants : (i) de comparer les couples articulaires du membre
inférieur d’appui lors de l’initiation de la marche chez les patients SEP au stade précoce (EDSS < 4) à des témoins
en bonne santé, (ii) comparer le premier appui lors de la marche sur le plan spatio-temporel, cinématique et
dynamique chez les patients SEP à des témoins en bonne santé, (iii) d’évaluer les accélérations au niveau de la
tête et du tronc lors de la marche tandem chez des patients SEP au stade précoce et chez des témoins en bonne
santé, (iv) de décrire la construction de 2 index basés sur la quantité de mouvements linéaires pour évaluer la
contribution de chaque segment et leur perte d’efficience lors de la marche tandem, application à un patient SEP
au stade précoce et à un témoin en bonne santé, (v) de comparer les paramètres spatio-temporels et les index
de quantités de mouvements linéaires lors de la marche tandem chez les patients SEP au stade précoce à des
témoins en bonne santé. La première étude montre que les patients SEP présentent des altérations significatives
des couples articulaires à la cheville et au genou au membre inférieur d’appui lors de l’initiation de la marche en
comparaison aux sujets en bonne santé. Les modulations des couples articulaires sont presque absentes durant
la phase d’ajustements posturaux anticipateurs chez les patients SEP. Ces altérations montrent une modification
du programme moteur de l’initiation de la marche avec la perte de modulation à la cheville et au genou d’appui.
La deuxième étude portant sur le premier appui a permis de démontrer que les patients SEP présentent un
premier et un deuxième pas significativement plus courts, tout en maintenant une augmentation progressive de
la vitesse de marche en comparaison aux sujets en bonne santé. Ceci pourrait constituer une stratégie adaptative
des patients SEP pour augmenter la stabilité lors de la période de transition et pourrait être en lien avec la
présence de co-contractions musculaires à la cheville. La troisième étude a montré que les accélérations de la
tête et du tronc permettaient de discriminer les patients SEP au stade précoce à des témoins en bonne santé. La
quatrième et la cinquième étude ont permis de décrire la méthodologie de construction des index de
contribution et d'inefficience. Leur application aux patients SEP en comparaison à des témoins en bonne santé,
lors de la marche tandem, montre une augmentation significative des mouvements des membres supérieurs lors
de la marche tandem en comparaison aux sujets sains. Ces index pourraient être utilisés pour le dépistage et le
suivi des troubles de l’équilibre au stade précoce dans la SEP. Les résultats de ces études montrent que les
couples articulaires lors de l'initiation de la marche et l'utilisation des index de contribution et d'inefficience
pourraient être des marqueurs précoces de dépistage et de suivi de la progression du handicap locomoteur chez
les patients SEP. Des programmes de rééducation spécifiques pourraient être développés pour diminuer l’impact
des troubles locomoteurs chez les patients SEP au stade précoce.
