Plasticité reliée aux entrainements locomoteurs

Actuellement, la réadaptation basée sur les entrainements locomoteurs est une des principales options afin d’améliorer le retour de la locomotion à la suite d’une LM (van Hedel & Dietz, 2010; Cote et al., 2017). Nous allons à présent voir que la plasticité induite par ces entrainements provoque des changements au niveau cellulaire qui vont être reliés à des changements au niveau fonctionnel. Nous verrons par la suite quels sont les fondements neurophysiologiques de ces entrainements locomoteurs et leurs bienfaits sur le retour de la locomotion.

4.2.1 Plasticité induite au niveau cellulaire

Au niveau cellulaire, il a été montré que les entrainements locomoteurs avaient un effet bénéfique au niveau structurel et physiologique. En effet, des études animales chez la souris avec une LM ont rapporté que l’activité induite par un entrainement locomoteur permettait de favoriser la repousse axonale au niveau de la lésion et de renforcer les connexions synaptiques (Engesser- Cesar et al., 2007; Petruska et al., 2007; Goldshmit et al., 2008). D’autres études ont aussi montré que les neurotrophines, et plus particulièrement le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) qui est responsable de la survie des neurones et de leur plasticité synaptique et axonale, avaient leur concentration augmentée à la suite d’un entrainement locomoteur (Hutchinson et

al., 2004; Vaynman & Gomez-Pinilla, 2005; Ying et al., 2005). Il a aussi été rapporté que l’exercice

permettait de diminuer la concentration de facteurs qui inhibent la repousse axonale telle que la glycoprotéine associée à la myéline (MAG) par exemple (Ghiani et al., 2007).

4.2.2 Plasticité induite au niveau fonctionnel

Au niveau fonctionnel, les entrainements locomoteurs ont aussi un effet positif, notamment sur l’excitabilité de la voie corticospinale. En effet, il a été montré qu’à la suite de plusieurs mois d’entrainement avec support de poids sur tapis roulant, il y avait une augmentation de l’amplitude des MEPs évoqués dans le TA ou le vaste latéral, ainsi qu’une augmentation du MEP max chez des individus avec une LMi (Thomas & Gorassini, 2005; Knikou, 2012). Les résultats d’une autre étude utilisant le même entrainement ont aussi montré une augmentation du drive corticospinal à l’aide de la cohérence inter-musculaire (Norton & Gorassini, 2006).

Les entrainements locomoteurs ont aussi un effet sur les circuits au niveau cortical étant donné que l’expansion des représentations des cartes sensorimotrices peut être favorisée par les entrainements. En effet, Winchester et al. ont observé une augmentation de l’activation des aires sensorimotrices et des aires du cervelet à la suite d’un entrainement, et que cette augmentation était corrélée avec une amélioration de la capacité locomotrice à la suite d’une LMi (Winchester

et al., 2005).

D’importantes études chez le chat indiquent aussi la capacité de la moelle épinière à induire de la plasticité en l’absence totale des voies descendantes. En effet, il a été montré que le chat pour qui la fonction locomotrice était revenue à la suite d’une hémisection, récupérait plus vite lors d’une 2ème _{lésion, mais cette fois-ci complète, comparé aux chats sans hémisection. Ce résultat}

épinière ce qui a favorisé la récupération à la suite de la lésion complète. D’autres études utilisant la dénervation du gastrocnémien ont rapporté qu’une récupération locomotrice post-lésion complète était possible grâce aux muscles agonistes, soulignant aussi la capacité adaptative spinale à la suite d’un entrainement (Bouyer et al., 2001; Dambreville et al., 2016). Cette plasticité est aussi induite au niveau des circuits cutanés à la suite d’un entrainement locomoteur chez le chat (Cote & Gossard, 2004). Chez l’homme, la plasticité induite au niveau spinal à la suite d’entrainements locomoteurs a été mise en évidence grâce aux changements des afférences vers la moelle épinière mesurées par les réflexes. En effet, il a été montré qu’un entrainement locomoteur permettait de diminuer l’amplitude du réflexe-H lors de la marche (Trimble et al., 2001) et que cette diminution permettait de réduire la spasticité (Kiser et al., 2005). D’autre part, il a aussi été rapporté qu’un entrainement locomoteur impactait précisément l’amplitude du réflexe-H au niveau du soléaire en fonction de la demande de la tâche motrice (Smith et al., 2015). Nous venons de voir que la plasticité adaptative en lien avec la récupération de la locomotion peut être favorisée par les entrainements locomoteurs au niveau cellulaire et fonctionnel dans le SNC. Nous allons voir à présent que ces entrainements sont basés sur la stimulation des circuits du SNC impliqués dans le contrôle de la marche et sur leur capacité à induire de la plasticité (Field-Fote et al., 2017).

4.2.3 Stimulation du contrôle automatique de la marche

Le renforcement du retour sensoriel stimulant ainsi les circuits spinaux représente le drive majeur de la plasticité adaptative en lien avec l’activité basée sur les entrainements locomoteurs (Smith & Knikou, 2016). En effet, il a été montré que la plasticité spinale induite à la suite d’un entrainement contribuait de manière significative à l’amélioration de la marche à la suite d’une LMi (Knikou, 2010). Ainsi, les entrainements utilisés sont principalement basés sur des mouvements de répétitions et intensifs de marche afin de fournir un retour sensoriel conséquent (Lam et al., 2007). Parmi ces entrainements, on retrouve les entrainements conventionnels effectués par les thérapeutes qui consistent à pratiquer les mouvements de marche au sol ou sur tapis roulant (van Hedel & Dietz, 2010). Ajouté à ces interventions, et basé sur des études animales (Barbeau & Rossignol, 1987), on trouve aussi l’entrainement avec support de poids qui consiste à fournir un support de poids plus ou moins important lors de la marche sur tapis

roulant, au sol, avec ou sans assistance manuelle (Morawietz & Moffat, 2013). Cette technique a été utilisée de nombreuses fois chez l’homme et a montré des bénéfices importants sur le retour de la marche (Wirz et al., 2001; Sadeghi et al., 2015). Afin de favoriser l’assistance à la marche et de permettre une meilleure coordination, l’ajout de la robotique à ces thérapies a été évaluée plus récemment en combinaison ou indépendamment du support de poids (Swinnen et al., 2010; Holanda et al., 2017).

Les bienfaits de ces entrainements sur la récupération locomotrice ont été rapportés dans plusieurs études avec notamment un impact positif sur la force et l’activation musculaire, l’endurance, et la vitesse (Lam et al., 2007; Gorassini et al., 2009; Mehrholz et al., 2012; Morawietz & Moffat, 2013). Ces améliorations étaient possibles autant en phase subaiguë que chronique, ainsi que chez des patients avec un ASIA B, C ou D. En revanche, aucun entrainement n’a été démontré comme étant plus efficace qu’un autre et tous démontraient du potentiel dans la récupération locomotrice (Lam et al., 2007; Mehrholz et al., 2012; Morawietz & Moffat, 2013).

4.2.4 Stimulation du contrôle volontaire de la marche

Nous avons vu au début de l’introduction que le contrôle de la marche chez l’homme est tripartite, et que le contrôle volontaire descendant est important pour la locomotion. Afin de favoriser la plasticité adaptative à la suite d’une LMi, la stimulation des voies descendantes représente donc une possibilité intéressante (Field-Fote et al., 2017). En effet, des études chez l’animal ont montré que le retour de la locomotion post-lésion dépendait fortement de l’activation des connections supraspinales encore intactes (Singh et al., 2011). Chez l’humain, le rôle de la voie corticospinale dans la récupération locomotrice a aussi été démontré (Bunday & Perez, 2012; Christiansen & Perez, 2018). En effet, il a été rapporté que l’augmentation du drive corticospinal était associée avec une amélioration de la fonction locomotrice. L’étude de Thomas et Gorassini, en utilisant la TMS et la cohérence, a montré que les MEPs de la jambe étaient augmentés à la suite d’un entrainement sur tapis roulant chez des individus avec une LMi, et que les changements de taille de MEPs étaient corrélés avec le degré de retour de la marche mesuré par le Walking Index for Spinal Cord injury (Thomas & Gorassini, 2005). Les résultats de l’étude de Norton et al., indiquent plus précisément que cette augmentation est présente uniquement chez les sujets qui ont une amélioration de la fonction locomotrice, suggérant que l’amélioration de la fonction locomotrice est due, en partie, à une augmentation du drive corticospinal descendant (Norton & Gorassini, 2006). L’étude de Barthélémy et al., a observé de façon plus directe cette

relation, en établissant une corrélation entre la cohérence mesurée dans le TA à une bande de fréquence de 10 à 20 Hz et le degré de pied tombant (mesuré avec l’élévation de l’orteil par rapport au sol) lors de la marche chez des individus avec LMi (Barthelemy et al., 2010). Ils ont aussi montré que les individus ayant une incapacité plus sévère à redresser leur pied pendant la phase d’oscillation étaient ceux avec les capacités locomotrices les plus limitées (Barthelemy et

al., 2013).

En se basant sur ces évidences, plusieurs auteurs se sont intéressés à mesurer l’effet d’un entrainement visant à stimuler la voie corticospinale sur le retour de la locomotion après une LMi. Comme mentionné au début de l’introduction, la voie corticospinale à un rôle important dans le contrôle des mouvements fins lors de la marche. En effet, celle-ci semble davantage activée lorsque les mouvements requièrent une tâche de précision comme marcher sur une échelle ou enjamber un obstacle (Drew & Marigold, 2015). Basé sur ces études, des entrainements locomoteurs utilisant une tâche de marche plus complexe qui requiert de la précision au niveau du placement des pieds ont été développé dans le but de stimuler la voie corticospinale. À notre connaissance, deux études ont donc comparé l’effet d’un entrainement de précision à la marche (marche au sol avec enjambement d’obstacles et marche sur des cibles) avec un entrainement sur tapis roulant avec support de poids chez des individus avec une LMi (Musselman et al., 2009; Yang et al., 2014a). Les résultats montrent un effet bénéfique des 2 types d’entrainements après plusieurs mois sur la vitesse de marche, l’endurance, l’équilibre et sur les habiletés locomotrices lors de la vie quotidienne. Toutefois, aucun entrainement n’a été rapporté comme étant supérieur à l’autre dans ce cas-ci.

Dans le but de comprendre pourquoi aucun entrainement ne semble plus bénéfique, une étude a mesuré l’excitabilité corticospinale avant et après ces 2 mêmes entrainements. Leur hypothèse était que l’entrainement de précision augmenterait davantage l’excitabilité comparé à l’entrainement avec support de poids. Étonnement, ils ont montré une augmentation de l’excitabilité semblable à la suite des 2 entrainements au niveau du TA (Zewdie et al., 2015). La même implication de la voie corticospinale dans les 2 tâches pourrait donc expliquer pourquoi l’entrainement de précision n’a pas davantage d’effet comparé à l’entrainement avec support de poids.

Afin d’expliquer que la contribution corticospinale était la même pour les 2 tâches, il est possible que les mesures effectuées en pré-post ne reflète pas directement l’état de la voie corticospinale pendant la tâche. De plus, considérant que la tâche de précision consistait à enjamber des

obstacles et à marcher sur des cibles placées sur le sol mais pas à chaque pas, tout en ayant la possibilité de réduire la vitesse de marche, il est possible que la tâche ne fût pas suffisamment challengeante pour recruter les circuits volontaires.

En lien avec les études animales montrant l’implication de la voie corticospinale lors de tâches de précision et considérant que cette voie est d’autant plus importante chez l’humain, d’autres études sont nécessaires afin de clarifier le rôle de la voie corticospinale lors de tâches de précisions à la marche chez l’humain.

4.2.5 Entrainements locomoteurs: quand, combien de fois et à quelle fréquence ?

Afin de maximiser la plasticité adaptative du SNC, de nombreuses questions sont soulevées en rapport avec les entrainements locomoteurs notamment concernant leur fréquence, leur intensité, ainsi que la fenêtre de temps post-lésion pour commencer ces entrainements. Nous allons voir à présent quelles sont les recommandations en lien avec ces questionnements.

Temps post-lésion

Plusieurs études animales ont montré que les entrainements étaient plus efficaces lorsqu’ils étaient administrés très tôt, c’est-à-dire seulement quelques jours post-lésion. En effet, Smith et al., ont observé que des rats avec une LM avaient une meilleure performance locomotrice lorsque leur entrainement débutait à 3 jours post-lésion par rapport aux rats entrainés 2 semaines plus tard (Smith et al., 2006). Des résultats semblables ont aussi été rapporté chez le rat ayant suivi un entrainement 3 jours post-lésion versus 3 mois post (Norrie et al., 2005). De plus, l’étude de Gonzebach et al., (2010) a aussi montré qu’un entrainement commencé 1 semaine post-lésion chez le rat permettait aussi de diminuer l’apparition des spasmes musculaires de 25%, tandis que le même entrainement commencé en phase chronique n’avait pas le même effet (Gonzenbach et

al., 2010).

Il semble donc que plus l’entrainement est commencé tôt à la suite de la lésion, meilleure est la récupération locomotrice. Cela peut sembler logique considérant que l’entrainement peut aussi diminuer la dégradation neuronale et la fonction musculaire qui sont engendrer peu de temps post-lésion (Dietz & Muller, 2004).

Chez l’humain, la plupart du temps, le début des entrainements locomoteurs est initié en fonction de la santé globale du patient lorsque celui-ci atteint un état médical stable, ce qui fait que la

question sur l’existence d’une fenêtre d’opportunité pour les entrainements reste encore à prouver.

Fréquence

Afin de favoriser la neuroplasticité, il a été montré que de simplement engager les circuits neuronaux n’était pas suffisant, mais que la répétition d’un comportement moteur était nécessaire. En effet, il a été rapporté qu’une augmentation de la connexion synaptique et du nombre de synapses ou encore qu’une réorganisation corticale avaient lieu seulement après plusieurs jours d’entrainement chez le rat (Kleim et al., 1998; Monfils & Teskey, 2004). En lien avec la récupération locomotrice post-lésion, les résultats obtenus auprès d’animaux ayant reçu un entrainement quotidien indiquent une meilleure performance motrice que ceux entrainés seulement 3 fois par semaine (Engesser-Cesar et al., 2007). Il semble donc que l’amélioration de la locomotion à la suite d’une LM ne dépend pas seulement de l’acquisition d’une tâche motrice, mais de la pratique de cette tâche.

Chez l’individu avec une LMi, même si l’effet de la fréquence des entrainements reste encore à démontrer, les résultats rapportés dans d’autres populations neurologiques comme à la suite d’un accident vasculaire cérébral soutiennent les conclusions obtenues chez l’animal (Hornby et al., 2011).

Spécificité

Afin de promouvoir le retour de la locomotion à la suite d’une LM, l’entrainement choisi doit pratiquer l’activité ciblée (ici la locomotion), ce qui lui requiert la fonction de spécificité. En effet, il a été montré chez le chat avec une LM qu’à la suite d’un entrainement ciblant uniquement la stabilité posturale, l’animal était capable de se tenir debout, mais n’était pas capable de marcher sur un tapis roulant aussi bien que les animaux ayant reçu l’entrainement tapis roulant. Si par la suite, ces animaux suivaient l’entrainement avec tapis, leur capacité locomotrice s’améliorait, mais ils perdaient leur habileté à se tenir debout (Hodgson et al., 1994). Dans le même ordre d’idée, des rats avec une LM entrainés à marcher dans l’eau voyaient leur capacité locomotrice s’améliorer lorsqu’ils étaient évalués dans l’eau. En revanche, les améliorations étaient limitées lorsqu’ils étaient évalués lors de la marche sur le sol (Kuerzi et al., 2010).

Chez l’humain, il a aussi été montré que la pratique d’activités reliées directement à la marche permettait d’améliorer les capacités locomotrices chez des individus ayant une LMi

contrairement à d’autres activités (Wernig et al., 1995; Gorman et al., 2016). Ces résultats confirment donc l’importance de la spécificité de la tâche lors d’un entrainement visant à favoriser le retour de la locomotion à la suite d’une LM.

Intensité

En plus de la fréquence, l’intensité ou encore la quantité effectuée (par exemple le nombre de répétitions) lors des entrainements est aussi importante dans le processus de neuroplasticité et le retour de la locomotion. En effet, il a été montré que les animaux entrainés à atteindre une cible 400 fois par jour avaient une augmentation du nombre de synapses au niveau de M1 plus importante que ceux entrainés 60 fois par jour (Kleim et al., 2002; Luke et al., 2004). De plus, les rats qui effectuaient une plus grande quantité de pas sur tapis roulant (1000) avaient une meilleure récupération locomotrice post-lésion que les rats qui effectuaient moins de pas (100) (Cha et al., 2007).

Nous venons de voir ici que plusieurs paramètres importants sont à prendre en compte lors d’un entrainement locomoteur à la suite d’une LM. En effet, la neuroplasticité sous-jacente induite par les entrainements dépend notamment de la spécificité, de l’intensité, de la fréquence et du moment de la thérapie (Kleim & Jones, 2008). En revanche, la plupart des études relatant ces faits proviennent de l’animal et un manque important d’informations demeure donc chez l’humain. Cela est principalement dû au fait que les études réalisées chez l’humain à la suite d’une LM sont très hétérogènes dans le type d’entrainements, dans la durée ou la fréquence ce qui ne permet pas d’établir de lien direct entre ces variables et l’amélioration de la performance (Yang & Musselman, 2012). D’autres études sont donc nécessaires afin de guider plus précisément les cliniciens dans leurs interventions.

4.2.6 Limitations

Nous venons de voir que différents entrainements sont actuellement utilisés à la suite d’une LM afin de favoriser la neuroplasticité dans le but de permettre un retour de la locomotion. Bien que ces entrainements démontrent des effets bénéfiques comme mentionné plus haut, l’amélioration de la capacité locomotrice qui en résulte demeure tout de même limitée, et aucun entrainement

n’a été démontré comme étant supérieur à un autre (Mehrholz et al., 2012; Morawietz & Moffat, 2013).

En effet, la plupart du temps, les individus qui quittent la réadaptation sont capables de marcher au le sol et sur de courtes distances, mais ont besoin d’aides techniques pour effectuer de plus grands déplacements ou pour effectuer leurs activités quotidiennes (Brotherton et al., 2012; Poncumhak et al., 2014). Ces aides techniques peuvent varier et se caractérisent par l’utilisation de béquilles, de cannes, de marchette ou encore parfois du fauteuil roulant. De plus, même si à la suite d’une LMi les individus sont capables d’adapter leur vitesse, celle-ci reste limitée et il est difficile pour eux d’augmenter leur fréquence lors de la marche (Pepin et al., 2003). Ces limitations à la marche deviennent davantage importantes lorsque les personnes doivent se déplacer dans des environnements plus complexes, comme marcher en communauté, monter des escaliers, ou marcher sur un sol irrégulier (Musselman & Yang, 2007). Dans ce cas-ci, les limitations sont d’autant plus marquées et l’utilisation d’aides devient nécessaire, impactant fortement les activités de la vie quotidienne (Pentland et al., 1999; Musselman & Yang, 2007). En plus de ces limitations, il a aussi été montré que la marche pour les individus avec LMi demandait plus d’attention que pour les sujets sains (Lajoie et al., 1999; Srisim et al., 2017), et qu’ils avaient plus de difficulté à adapter leur patron locomoteur aux exigences de l’environnement (van Hedel et al., 2005).

Il a été suggéré que ces limitations persistantes à la suite d’une LM pourraient être dû au fait que la neuroplasticité induite par les entrainements locomoteurs ne soit pas optimale et ainsi, ne permette pas un retour complet de la fonction locomotrice (Raineteau & Schwab, 2001; Fouad & Tetzlaff, 2012; Lam et al., 2015). D’autres études sont donc nécessaires afin d’améliorer le retour de la marche surtout lors de tâches impliquant de la locomotion plus complexe.

Dans cette section, nous venons de voir l’importance de la réadaptation basée sur les entrainements locomoteurs afin de favoriser la plasticité adaptative en lien avec la récupération de la fonction locomotrice dans le SNC. Divers entrainements locomoteurs sont actuellement utilisés, et bien que cette neuroplasticité ait des bénéfices sur le retour de la marche, des limitations importantes sont cependant encore à considérer. Comme mentionné, il se pourrait que la plasticité induite ne soit pas optimale. C’est pourquoi nous allons voir à présent que d’autres interventions peuvent être utilisées afin de favoriser la plasticité, en combinaison avec les entrainements locomoteurs ou seules.