Contrôle cortico-spinal des mouvements volontaires du coude

Il existe plusieurs théories du contrôle moteur, chacune présumant qu’une différente variable du mouvement est réglée par le cortex moteur. On trouve parmi elles la théorie du modèle interne qui a émis l’hypothèse que le cortex moteur programme la trajectoire du mouvement et l’activité électromyographique (EMG) d’une action motrice. Une autre, appelée l’hypothèse du point d’équilibre, suggère que le cortex moteur établisse et rétablisse des seuils spatiaux; les positions des segments du corps auxquelles les muscles et les réflexes commencent à s’activer. Selon ce dernier, les paramètres du mouvement sont dérivés sans pré-programmation, en fonction de la différence entre la position actuelle et la position seuil des segments du corps. Pour examiner de plus près ces deux théories, nous avons examiné l’effet d’un changement volontaire de l’angle du coude sur les influences cortico-spinales chez des sujets sains en employant la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) par-dessus le site du cortex moteur projetant aux motoneurones des muscles du coude. L’état de cette aire du cerveau a été évalué à un angle de flexion du coude activement établi par les sujets, ainsi qu’à un angle d’extension, représentant un déplacement dans le plan horizontal de 100°. L’EMG de deux fléchisseurs du coude (le biceps et le muscle brachio-radial) et de deux extenseurs (les chefs médial et latéral du triceps) a été enregistrée. L’état d’excitabilité des motoneurones peut influer sur les amplitudes des potentiels évoqués moteurs (MEPs) élicitées par la TMS. Deux techniques ont été entreprises dans le but de réduire l’effet de cette variable. La première était une perturbation mécanique qui raccourcissait les muscles à l'étude, produisant ainsi une période de silence EMG. La TMS a été envoyée avec un retard après la perturbation qui entraînait la production du MEP pendant la période de silence. La deuxième technique avait également le but d’équilibrer l’EMG des muscles aux deux angles du coude. Des forces assistantes ont été appliquées au bras par un moteur externe afin de compenser les forces produites par les muscles lorsqu’ils étaient actifs comme agonistes d’un mouvement. Les résultats des deux séries étaient analogues. Un muscle était facilité quand il prenait le rôle d’agoniste d’un mouvement, de manière à ce que les MEPs observés dans le biceps fussent de plus grandes amplitudes quand le coude était à la position de flexion, et ceux obtenus des deux extenseurs étaient plus grands à l’angle d’extension. Les MEPs examinés dans le muscle brachio-radial n'étaient pas significativement différents aux deux emplacements de l’articulation. Ces résultats démontrent que les influences cortico-spinales et l’activité EMG peuvent être dissociées, ce qui permet de conclure que la voie cortico-spinale ne programme pas l’EMG à être générée par les muscles. Ils suggèrent aussi que le système cortico-spinal établit les seuils spatiaux d’activation des muscles lorsqu’un segment se déplace d’une position à une autre. Cette idée suggère que des déficiences dans le contrôle des seuils spatiaux soient à la base de certains troubles moteurs d’origines neurologiques tels que l’hypotonie et la spasticité.

Contributions des voies vestibulospinale et corticospinale au contrôle des mouvements du bras

Le contrôle des mouvements du bras fait intervenir plusieurs voies provenant du cerveau. Cette thèse, composée principalement de deux études, tente d’éclaircir les contributions des voies tirant leur origine du système vestibulaire et du cortex moteur. Dans la première étude (Raptis et al 2007), impliquant des mouvements d’atteinte, nous avons cerné l’importance des voies descendantes partant du système vestibulaire pour l’équivalence motrice, i.e. la capacité du système moteur à atteindre un but moteur donné lorsque le nombre de degrés de liberté articulaires varie. L’hypothèse émise était que le système vestibulaire joue un rôle essentiel dans l’équivalence motrice. Nous avons comparé la capacité d’équivalence motrice de sujets sains et de patients vestibulodéficients chroniques lors de mouvements nécessitant un contrôle des positions du bras et du tronc. Pendant que leur vision était temporairement bloquée, les sujets devaient soit maintenir une position de l’index pendant une flexion du tronc, soit atteindre une cible dans l’espace péri-personnel en combinant le mouvement du bras avec une flexion du tronc. Lors d’essais déterminés aléatoirement et imprévus par les participants, leur tronc était retenu par un mécanisme électromagnétique s’activant en même temps que le signal de départ. Les sujets sains ont pu préserver la position ou la trajectoire de l’index dans les deux conditions du tronc (libre, bloqué) en adaptant avec une courte latence (60-180 ms) les mouvements articulaires au niveau du coude et de l’épaule. En comparaison, six des sept patients vestibulodéficients chroniques ont présenté des déficits au plan des adaptations angulaires compensatoires. Pour ces patients, entre 30 % et 100 % du mouvement du tronc n’a pas été compensé et a été transmis à la position ou trajectoire de l’index. Ces résultats indiqueraient que les influences vestibulaires évoquées par le mouvement de la tête pendant la flexion du tronc jouent un rôle majeur pour garantir l’équivalence motrice dans ces tâches d’atteinte lorsque le nombre de degrés de liberté articulaires varie. Également, ils démontrent que la plasticité de long terme survenant spontanément après une lésion vestibulaire unilatérale complète ne serait pas suffisante pour permettre au SNC de retrouver un niveau d’équivalence motrice normal dans les actions combinant un déplacement du bras et du tronc. Ces tâches de coordination bras-tronc constituent ainsi une approche inédite et sensible pour l’évaluation clinique des déficits vestibulaires. Elles permettent de sonder une dimension fonctionnelle des influences vestibulaires qui n’était pas prise en compte dans les tests cliniques usuels, dont la sensibilité relativement limitée empêche souvent la détection d’insuffisances vestibulaires six mois après une lésion de ces voies. Avec cette première étude, nous avons donc exploré comment le cerveau et les voies descendantes intègrent des degrés de liberté articulaires supplémentaires dans le contrôle du bras. Dans la seconde étude (Raptis et al 2010), notre but était de clarifier la nature des variables spécifiées par les voies descendantes pour le contrôle d’actions motrices réalisées avec ce membre. Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle les voies corticospinales contrôlent la position et les mouvements des bras en modulant la position-seuil (position de référence à partir de laquelle les muscles commencent à être activés en réponse à une déviation de cette référence). Selon ce principe, les voies corticospinales ne spécifieraient pas directement les patrons d’activité EMG, ce qui se refléterait par une dissociation entre l’EMG et l’excitabilité corticospinale pour des positions-seuils différentes. Dans un manipulandum, des participants (n=16) ont modifié leur angle du poignet, d’une position de flexion (45°) à une position d’extension (-25°), et vice-versa. Les forces élastiques passives des muscles ont été compensées avec un moteur couple afin que les sujets puissent égaliser leur activité EMG de base dans les deux positions. L’excitabilité motoneuronale dans ces positions a été comparée à travers l’analyse des réponses EMG évoquées à la suite d’étirements brefs. Dans les deux positions, le niveau d’EMG et l’excitabilité motoneuronale étaient semblables. De plus, ces tests ont permis de montrer que le repositionnement du poignet était associé à une translation de la position-seuil. Par contre, malgré la similitude de l’excitabilité motoneuronale dans ces positions, l’excitabilité corticospinale des muscles du poignet était significativement différente : les impulsions de stimulation magnétique transcrânienne (TMS; à 1.2 MT, sur l’aire du poignet de M1) ont provoqué des potentiels moteurs évoqués (MEP) de plus grande amplitude en flexion pour les fléchisseurs comparativement à la position d’extension et vice-versa pour les extenseurs (p<0.005 pour le groupe). Lorsque les mêmes positions étaient établies après une relaxation profonde, les réponses réflexes et les amplitudes des MEPs ont drastiquement diminué. La relation caractéristique observée entre position physique et amplitude des MEPs dans le positionnement actif s’est aussi estompée lorsque les muscles étaient relâchés. Cette étude suggère que la voie corticospinale, en association avec les autres voies descendantes, participerait au contrôle de la position-seuil, un processus qui prédéterminerait le référentiel spatial dans lequel l’activité EMG émerge. Ce contrôle de la « référence » constituerait un principe commun s’appliquant à la fois au contrôle de la force musculaire, de la position, du mouvement et de la relaxation. Nous avons aussi mis en évidence qu’il est nécessaire, dans les prochaines recherches ou applications utilisant la TMS, de prendre en compte la configuration-seuil des articulations, afin de bien interpréter les réponses musculaires (ou leurs changements) évoquées par cette technique; en effet, la configuration-seuil influencerait de manière notable l’excitabilité corticomotrice, qui peut être considérée comme un indicateur non seulement lors d’activités musculaires, mais aussi cognitives, après apprentissages moteurs ou lésions neurologiques causant des déficits moteurs (ex. spasticité, faiblesse). Considérées dans leur ensemble, ces deux études apportent un éclairage inédit sur des principes fondamentaux du contrôle moteur : nous y illustrons de manière plus large le rôle du système vestibulaire dans les tâches d’atteinte exigeant une coordination entre le bras et son « support » (le tronc) et clarifions l’implication des voies corticomotrices dans la spécification de paramètres élémentaires du contrôle moteur du bras. De plus amples recherches sont cependant nécessaires afin de mieux comprendre comment les systèmes sensoriels et descendants (e.g. vestibulo-, réticulo-, rubro-, propriospinal) participent et interagissent avec les signaux corticofugaux afin de spécifier les seuils neuromusculaires dans le contrôle de la posture et du mouvement.

¿La tomografía de codo cambia la conducta tomada previamente con radiografía en fracturas de cúpula radial? un estudio de concordancia

Las fracturas de la cúpula radial corresponden a un tercio de todas las fracturas del codo en adultos (1), por lo que se toman radiografías o tomografías, sin embargo no existe literatura que soporte la realización de la tomografía como estudio complementario, por lo que preguntamos ¿La tomografía de codo cambia la conducta tomada previamente con radiografía en fracturas de cúpula radial? Se propone un estudio de concordancia, donde se evalúan las radiografías y tomografías por parte de dos cirujanos de codo, de pacientes con diagnóstico de fractura de cúpula radial valorados en urgencias de dos hospitales de tercer nivel de Bogotá desde enero 2011 a enero 2013. Se revisaron 116 historias, 99 cumplieron los criterios, las radiografías fueron revisadas por dos ortopedistas de codo quienes realizaron clasificación de Mason obteniendo un κ 1 (p˂ 0,00), propuesta de tratamiento postradiografía κ 0,934 (p˂ 0,000 IC95% 0.85, 1). Tratamiento post-tomografía de codo κ 0.949 (p˂ 0,00 IC95% 0.867,1). Concordancia intra-ortopedista de la conducta pre y post-tomografía hay cambio en la conducta del ortopedista 1 en 32.6% (κ 0.674 p˂ 0,00 IC95% 0.52, 0.818) y del ortopedista 2 en 36% (κ 0.64 p˂ 0,00 IC95% 0.452, 0.792). Se dividieron los pacientes en Mason I, II, III con concordancia considerable en los pacientes Mason I y III, mientras que en Mason II fue una concordancia aceptable lo que significa que el uso de tomografía de codo cambia la conducta en general pero sobretodo en pacientes clasificados Masson II.

Características anatômicas e morfométricas do ligamento oblíquo do cotovelo de eqüinos

Neste trabalho, algumas características anatômicas e morfométricas do ligamento oblíquo do cotovelo do eqüino foram descritas em dez animais adultos, sem raça definida, que não apresentavam afecções dos órgãos locomotores. O ligamento oblíquo origina-se dorsal à fossa radial do úmero, atravessa obliquamente a superfície cranial do cotovelo e se divide em uma porção longa, que se insere na tuberosidade radial, e em outra curta, que se une à porção longa do ligamento colateral medial. Foram efetuadas medidas visando a obter o comprimento e a largura máximas entre a origem e a inserção do ligamento oblíquo, não sendo observadas diferenças (P>0,05) nas comparações feitas entre os sexos e os antímeros. O ligamento oblíquo contribui no efeito mola e na manutenção da estabilidade da articulação do cotovelo do eqüino. Pela particularidade de sua localização, cranial à articulação, o ligamento oblíquo possui ação frenadora, impedindo a extensão completa da referida articulação.

Goniometric measurements of the forelimb and hindlimb joints in sheep

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Controle de movimentos voluntários no membro superior não plégico de portadores de paralisia cerebral hemiplégica espástica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

The use of hydroxyapatite for arthrodesis in dogs and cats: a clinical study

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ulnar-to-median nerve anastomosis in the forearm. Review and report of 2 new cases

The ulnar-to-median nerve anastomosis in the forearm is a very rare occurrence, not mentioned in many anatomical text books. We found only 4 cases cited in medical literature. Here we describe 2 new cases, for which diagnosis was suspected when the compound muscle action potential of the abductor pollicis brevis muscle (APB), obtained by maximal stimulation of the median nerve at the elbow, was lower than that obtained at the wrist. The diagnosis was confirmed by stimulation of the ulnar nerve at the elbow, which evoked a compound muscle action potential of the APB with a clear negative initial deflection without volume-conducted potential.

Avaliação ultraestrutural do colágeno do ligamento colateral medial associado ao ligamento oblíquo da articulaç ão do cotovelo de cão SRD após ensaio de tração

Ultrastructural evaluation of the collagen of the mongrel dog medial collateral ligament associated to the oblique ligament after strain. The present work aimed to observe the disposition of the collagen fibres of the medial collateral ligament of the elbow joint of the dog, when associated to the oblique ligament. Thus, 18 articulations were used, divided in three groups. A group had the medial collateral ligament collected and not stretched, other group had the collateral medial ligament stretched separately and the other group had both ligaments (medial collateral and oblique) stretched associately. The medial collateral ligament examined by scanning electron microscopy presented a wavy and reticular pattern of the collagen fibres when not submitted to strain, which was not totally destroyed when it was associated to the oblique ligament. When stretched separately, the medial collateral ligament after strain totally loses the reticular pattern, demonstrating the waste of the fibres to resist to the tension.

Variação aguda da frequência cardíaca durante série de hipertrofia para grupo flexor e extensor do cotovelo

Currently individuals are affected by a routine busy and they don't have time for physical activity, highlighting the sedentary lifestyle, a risk factor for cardiovascular diseases. For this reason, it focuses too much on cardiovascular diseases and the importance of physical practice. With the largest divulgation and variety of physical activities, activities that were not as practiced became popular, as is the case of resistive exercise. Much is said of the influence of resistance exercise in physical strength, in muscle development and in the quest for a more defined body. However, studies have shown beneficial contributions of resistance exercise on the cardiovascular system. During the physical effort, some changes occur in the body in order to meet the increased demand for oxygen. Among them is the increase in heart rate (HR), which varies with the intensity of effort. Thus, this research sought to contribute with an analysis of the HR behavior before, during and after 3 sets of hypertrophy, as far for the flexor group of the elbow as to the extensor group. It was observed that, although the HR has increased in the course of the series, the variations of HR were not significant between the flexor group and extensor group of the elbow joint. Also were not significant the differences between the variations of the HR from the 1ª to the 2ª series between the flexor group and extensor group, as well as to the variations from the 2ª to the 3ª series

Análise isocinética da articulação do cotovelo em crianças com paralisia cerebral

A quantidade de torque aplicado na articulação é uma medida de aptidão física importante para crianças com paralisia cerebral. O presente estudo analisou parâmetros cinéticos na articulação do cotovelo em crianças saudáveis e com paralisia cerebral. Participaram 10 crianças com paralisia cerebral e 10 crianças sem comprometimento neurológico. Avaliou-se a média do pico de torque, média do ângulo do pico de torque, coeficiente de variação do torque e aceleração angular do movimento de flexo-extensão do cotovelo nas velocidades com um dinamômetro isocinético. A média de pico de torque (extensão), aceleração (flexão) e coeficiente de variação (flexão e extensão) são diferentes entre grupos. Conclui-se que o torque e aceleração sofreram interferências no movimento de flexo-extensão; as principais diferenças encontradas foram entre os extremos das velocidades; não houve diferenças no ângulo do pico de torque. A espasticidade não interferiu na força dos músculos agonistas do movimento de flexão da articulação do cotovelo.

Methodological improvement of 3D fluoroscopic analysis for the robust quantification of 3D kinematics of human joints

3D video-fluoroscopy is an accurate but cumbersome technique to estimate natural or prosthetic human joint kinematics. This dissertation proposes innovative methodologies to improve the 3D fluoroscopic analysis reliability and usability. Being based on direct radiographic imaging of the joint, and avoiding soft tissue artefact that limits the accuracy of skin marker based techniques, the fluoroscopic analysis has a potential accuracy of the order of mm/deg or better. It can provide fundamental informations for clinical and methodological applications, but, notwithstanding the number of methodological protocols proposed in the literature, time consuming user interaction is exploited to obtain consistent results. The user-dependency prevented a reliable quantification of the actual accuracy and precision of the methods, and, consequently, slowed down the translation to the clinical practice. The objective of the present work was to speed up this process introducing methodological improvements in the analysis. In the thesis, the fluoroscopic analysis was characterized in depth, in order to evaluate its pros and cons, and to provide reliable solutions to overcome its limitations. To this aim, an analytical approach was followed. The major sources of error were isolated with in-silico preliminary studies as: (a) geometric distortion and calibration errors, (b) 2D images and 3D models resolutions, (c) incorrect contour extraction, (d) bone model symmetries, (e) optimization algorithm limitations, (f) user errors. The effect of each criticality was quantified, and verified with an in-vivo preliminary study on the elbow joint. The dominant source of error was identified in the limited extent of the convergence domain for the local optimization algorithms, which forced the user to manually specify the starting pose for the estimating process. To solve this problem, two different approaches were followed: to increase the optimal pose convergence basin, the local approach used sequential alignments of the 6 degrees of freedom in order of sensitivity, or a geometrical feature-based estimation of the initial conditions for the optimization; the global approach used an unsupervised memetic algorithm to optimally explore the search domain. The performances of the technique were evaluated with a series of in-silico studies and validated in-vitro with a phantom based comparison with a radiostereometric gold-standard. The accuracy of the method is joint-dependent, and for the intact knee joint, the new unsupervised algorithm guaranteed a maximum error lower than 0.5 mm for in-plane translations, 10 mm for out-of-plane translation, and of 3 deg for rotations in a mono-planar setup; and lower than 0.5 mm for translations and 1 deg for rotations in a bi-planar setups. The bi-planar setup is best suited when accurate results are needed, such as for methodological research studies. The mono-planar analysis may be enough for clinical application when the analysis time and cost may be an issue. A further reduction of the user interaction was obtained for prosthetic joints kinematics. A mixed region-growing and level-set segmentation method was proposed and halved the analysis time, delegating the computational burden to the machine. In-silico and in-vivo studies demonstrated that the reliability of the new semiautomatic method was comparable to a user defined manual gold-standard. The improved fluoroscopic analysis was finally applied to a first in-vivo methodological study on the foot kinematics. Preliminary evaluations showed that the presented methodology represents a feasible gold-standard for the validation of skin marker based foot kinematics protocols.

Efficacia clinica dello stanozololo intrarticolare nella terapia dell'osteoartrosi di gomito nel cane

Il trattamento dell’osteoartrosi (OA) del cane è una sfida nella pratica clinica veterinaria. Molti trattamenti sono stati proposti, tuttavia la risposta clinica agli stessi non è sempre soddisfacente. Molti farmaci sono utilizzati per il trattamento dell’OA, tra cui farmaci anti-infiammatori non steroidei, corticosteroidi, ed inibitori della produzione dell’ossido nitrico. Lo stanozololo è un derivato sintetico del testosterone; oltre alle sue proprietà anaboliche/androgeniche , a basse dosi lo stanozololo ha un affinità per i recettori glucocorticoidi. Per questa attività antinfiammatoria e rigenerativa sui tessuti articolari danneggiati viene utilizzato nella degenerative joint desease del cavallo. Lo scopo di questo studio è stato di valutare l’efficacia clinica dello stanozololo intra-articolare a 15, 30, 45 e 60 giorni dal trattamento di gomiti con OA di cane. E’ stato eseguito uno studio cieco, multicentrico e randomizzato. Previo consenso informato, sono stati arruolati 48 cani, suddivisi in 3 gruppi e trattati con stanozololo, mavacoxib e con entrambi i farmaci. Sono state valutate zoppia, tollerabilità del trattamento, range of motion, e punteggio radiografico. Inoltre sono state stabilite e annoverate quantità e qualità del liquido sinoviale. Ai dati ottenuti sono stati applicati i test di Kruskal-Wallis, Chi-quadro e Fischer, i quali hanno dimostrato l’efficacia della terapia nei singoli gruppi e tra i diversi gruppi di studio. I risultati ottenuti hanno mostrato la riduzione di almeno un grado di zoppia e la riduzione della progressione dell’OA nei casi trattati con stanozololo. Si può quindi affermare che tale molecola per via intra-articolare può essere una valida alternativa per il trattamento dell’OA di gomito nel cane.

Comminuted fractures of the radial head and neck: is fixation to the shaft necessary?

Mason type III fractures of the radial head are treated by open reduction and internal fixation, resection or prosthetic joint replacement. When internal fixation is performed, fixation of the radial head to the shaft is difficult and implant-related complications are common. Furthermore, problems of devascularisation of the radial head can result from fixation of the plate to the radial neck. In a small retrospective study, the treatment of Mason type III fractures with fixation of the radial neck in 13 cases (group 2) was compared with 12 cases where no fixation was performed (group 1). The mean clinical and radiological follow-up was four years (1 to 9). The Broberg-Morrey index showed excellent results in both groups. Degenerative radiological changes were seen more frequently in group 2, and removal of the implant was necessary in seven of 13 cases. Post-operative evaluation of these two different techniques revealed similar ranges of movement and functional scores. We propose that anatomical reconstruction of the radial head without metalwork fixation to the neck is preferable, and the outcome is the same as that achieved with the conventional technique. In addition degenerative changes of the elbow joint may develop less frequently, and implant removal is not necessary.

ARMin III – arm therapy exoskeleton with an ergonomic shoulder actuation

Rehabilitation robots have become important tools in stroke rehabilitation. Compared to manual arm training, robot-supported training can be more intensive, of longer duration and more repetitive. Therefore, robots have the potential to improve the rehabilitation process in stroke patients. Whereas a majority of previous work in upper limb rehabilitation robotics has focused on end-effector-based robots, a shift towards exoskeleton robots is taking place because they offer a better guidance of the human arm, especially for movements with a large range of motion. However, the implementation of an exoskeleton device introduces the challenge of reproducing the motion of the human shoulder, which is one of the most complex joints of the body. Thus, this paper starts with describing a simplified model of the human shoulder. On the basis of that model, a new ergonomic shoulder actuation principle that provides motion of the humerus head is proposed, and its implementation in the ARMin III arm therapy robot is described. The focus lies on the mechanics and actuation principle. The ARMin III robot provides three actuated degrees of freedom for the shoulder and one for the elbow joint. An additional module provides actuated lower arm pro/supination and wrist flexion/extension. Five ARMin III devices have been manufactured and they are currently undergoing clinical evaluation in hospitals in Switzerland and in the United States.