Efficacité du biofeedback en temps réel sur l’adduction du genou dans l’arthrose médiale de genou

 

Introduction

La progression de l'arthrose médiale du genou est généralement associée à une augmentation du moment d'adduction du genou (KAM). Le KAM est généralement accepté comme étant une représentation de la charge du genou appliquée au compartiment médial. Les traitements conservateurs pour l'arthrose du genou visent souvent une réduction du KAM. Les modifications de la démarche peuvent réduire le KAM chez les personnes atteintes d'arthrose médiale du genou (mKOA) avec des réductions de la douleur et des améliorations de la capacité fonctionnelle. Le biofeedback en temps réel est de plus en plus utilisé pour entrainer des modifications du schéma de marche.
Le biofeedback utilisé pendant la rééducation de la marche chez les patients atteints de mKOA se concentre souvent sur des paramètres cinématiques spécifiques qui sont généralement considérés comme influençant le KAM alors que dans les études menées sur des témoins sains, des améliorations plus notables sont observées lorsque les patients définissent eux même les modifications du schéma de marche en réponse à un feedback concernant le KAM lui-même : rétroaction directe. L'utilisation de la rétroaction directe du KAM pour réduire ce KAM n'a pas été étudiée chez les patients atteints de MKOA. Permettre aux patients de choisir leurs propres modifications de la marche peut avoir certains avantages par rapport aux modifications prescrites. Cependant, cette stratégie peut également entraîner des modifications qui réduisent l'efficacité énergétique de la démarche ou augmentent les charges sur d'autres articulations du membre inférieur ou du tronc. Il est donc important d'évaluer la charge appliquée au niveau des articulations de la hanche et de la cheville.
 

Objectifs

Le but de cette étude est d'évaluer la réponse des patients mKOA au feedback direct sur le moment d'adduction du genou, pendant la marche sur tapis de course, avant et après la réception d'instructions cinématiques spécifiques. Nous avons émis les hypothèses suivantes :

• Comme montré chez les sujets sains, les patients atteints de mKOA pourraient modifier leur démarche pour réduire le KAM en réponse à la rétroaction directe de KAM.
• Qu’après avoir été formés en utilisant des méthodes cinématiques spécifiques pour réduire le KAM, les patients réduiraient davantage le KAM et maintiendraient leurs modifications de schéma de marche lorsque la rétroaction a été supprimée.
• Que ces changements n'entraîneraient pas une augmentation des moments articulaires au niveau de la hanche et à la cheville.

 

Méthodes

Patients : Quarante patients atteints de mKOA symptomatique ont été recrutés. Les critères d'inclusion étaient des signes radiographiques de mKOA, des patients âgés de 50 à 75 ans et en capacité de marcher sans aide pendant au moins 30 minutes. L'arthrose latérale ou fémoro-patellaire prédominante, l'arthroplastie de la hanche ou du genou antérieure ou prévue, l'arthrite de la hanche ou de la cheville, l'arthrite rhumatoïde et un IMC > 35 étaient des critères d'exclusion.
 
Douleur et évaluation fonctionnelle : Avant la mesure, les patients ont rempli le questionnaire sur l'arthrite des universités Western Ontario et McMaster et évalué leur douleur au cours de la dernière semaine et le jour de l'évaluation en utilisant l'échelle numérique 10 où 0 représente aucune douleur et 10 le plus haut niveau de douleur.
 
Préparation aux essais de marche :  Des marqueurs réfléchissants ont été placés sur les membres inférieurs et le tronc des patients, sur la base des recommandations de l'ISB pour la capture du mouvement 3D des membres inférieurs. Les marqueurs anatomiques ont été positionné sur les structures suivantes : première, deuxième et cinquième tête métatarsienne, calcanéum (postérieur), malléoles médiale et latérale, tubérosité tibiale, tête du péroné, épicondyles latéraux et médiaux, épine iliaque antérieure et postérieure supérieure, nombril, processus xyphoïde, jugulaire, 7è vertèbres cervicales et 10è vertèbres thoraciques. Des marqueurs supplémentaires ont été apposés sur chaque segment si nécessaire à des fins de suivi. La rétroaction a été fournie sur un écran de 180 degrés positionné devant le patient ; montage expérimental présenté à la Figure 1.

Essais de marche : Les patients se sont acclimatés au tapis de marche pendant au moins 3 minutes. La vitesse de marche confortable a été déterminée en augmentant lentement la vitesse jusqu'à ce que la vitesse soit considérée comme convenable par le patient. Suite à cela, une série d'essais de modification de la marche de deux minutes a été enregistrée (à vitesse fixe) comme décrit dans le tableau 1. Les patients ont ensuite été formés avec trois modifications cinématiques spécifiques ; marche pied en dedans, pas plus larges et médialisation de la position du genou, (justification biomécanique et instructions du patient fournies dans le tableau 2, rétroaction visuelle fournie à la figure 2).
 

 
Tableau 1

Essai	Instructions au patient	Type de feedback	Description de l’essai et justification
Valeur de base, marche naturelle	Marche confortable comme si l’on marchait dans le voisinage	Pas de feedback	Schéma de marche normal sans modification requise permettant de comparer aux autres essais
Feefback direct sur KAM : visual (1er)	Marche de façon à ce que la ligne jaune de l’écran aille dans la region verte. Le ligne jaune représentant la charge appliquée à la partie médiale du genou lorsque l’on est en appui dessus. En réduisant de 10% ou plus la bande jaune bougera dans la zone verte et en augmentant de 10% ou plus la bande jaune ira dans la zone rouge. Le sujet peut réaliser différentes façons de marcher pour trouver une modification permettant la réussite de l’exercice.	Feedback visuel (Figure 1)	Pour permettre l’évaluation de la réponse des patients au feedback afin de leur fournir des instructions spécifiques sur la façon de modifier le schéma de marche
Feedback direct sur KAM : audio	Marche de façon à n’entendre aucun son. Un son fort indique que la charge est plus importante que la valeur de base et un son plus faible indique que la charge est comprise entre 90 et 100% de la valeur de base. Aucun son indique une diminution de la charge supérieure ou égale à 10%.	Feedback audio	Pour évaluer la réponse des patients au feedback audio. Permet l’évaluation de la préférence des patients (audio ou visuel)
Feefback direct sur KAM : visual (2ème)	Marche de façon à ce que la bande jaune reste dans la zone verte. En utilisant un ou plusieurs paramètres de modification de la marche	Feedback visuel	Afin d’évaluer la réponse des patients au feedback sur le KAM après avoir été entrainé à l’aide de trois modifications spécifiques de la marche et de mettre en évidence quelle modification ou combinaison est préférée.
Phase de retention	Essayer de garder en mémoire les modifications pendant la marche en utilisant un ou plusieurs paramètres de modification de la marche, afin de trouver le plus confortable	Pas de feedback	Cet essai est réalisé après un break de 10 à 15 minutes afin d’évaluer la rétention à court terme du schéma de marche.

 
Tableau 2

Modification	Description de la méthode d’entrainement	Justification biomécanique pour la modification
Marche pieds en dedans	Les patients ont été invités à marcher avec les pieds en rotation interne majorée par rapport à la normale. Une cible à l'écran a été fournie pour guider les patients. Cet angle cible a été défini en fonction de l'angle de progression du pied dans l'essai de rétroaction KAM précédent : dans le cas où les patients réussissaient à réduire le KAM de 10% ou plus en utilisant une stratégie de marche, l'angle cible était réglé à l'angle moyen pendant ce procès. Si la réduction était inférieure à 10%, l'angle cible était défini sur la progression du pied pendant l'essai de rétroaction KAM plus jusqu'à 10 degrés en fonction du pourcentage de réduction de l'essai de rétroaction KAM. Alors que certaines études antérieures ont préféré utiliser une même cible pour tous les sujets (soit une cible relative ou absolue), les auteurs ont considéré que ce n'était pas optimal sur la base des résultats de Favre et al qui montrent qu'il existe une relation dose-réponse individuelle (Favre et al., 2016).	L'augmentation de la rotation interne du pied par rapport à la direction du déplacement (marche avec les orteils en dedans) a pour effet de déplacer latéralement le centre de pression puisque le talon du pied est maintenant tourné vers l'extérieur, réduisant ainsi la pression sur le centre de l'articulation du genou pendant la première période de double support. Le genou lui-même tourne également vers l'intérieur pendant ce mouvement.
Feedback sur la longueur des pas	Retour visuel avec la largeur de pas cible projetée sur l'écran, ainsi que la position des pieds des patients par rapport à la cible. Comme décrit ci-dessus, la largeur de pas cible a été définie sur la base de la réduction de KAM dans l'essai de rétroaction directe KAM. Si le patient réussissait à réduire le KAM dans l'essai de rétroaction KAM direct en augmentant la largeur de son pas, la largeur de pas cible était réglée pour correspondre à celle de l'essai de rétroaction directe KAM. Dans le cas contraire, la largeur de pas a été définie sur la largeur de pas de référence plus un incrément compris entre 3 et 8 cm, en fonction de la réduction du pourcentage de KAM pendant l'essai de rétroaction directe KAM.	L'augmentation de la largeur de la marche latéralise le centre de pression, permettant à la force de réaction au sol de passer plus près du centre de l'articulation du genou
Feedback sur la position médiale du genou	Retour visuel avec la position du genou cible projetée sur l'écran et la position réelle des genoux montrée par rapport à la cible. Les patients ont été invités à rapprocher leurs genoux pendant la phase d'appui, tout en essayant d'éviter une augmentation excessive de la flexion du genou. Comme précédemment, la distance cible a été définie sur la base de l'essai de rétroaction visuelle KAM. Si le patient a réussi à réduire le KAM pendant l'essai de rétroaction directe en utilisant un changement dans le positionnement du genou dans le plan frontal (c'est-à-dire la poussée médiane du genou), la cible a été réglée à la distance utilisée pendant l'essai de rétroaction directe du KAM. Si ce n'était pas le cas, la distance cible a été réduite jusqu'à 5 cm en fonction du pourcentage de réduction lors de l'essai de rétroaction directe KAM. Remarque: les cibles ont été définies séparément sans combiner les modifications.	L'augmentation de la poussée médiale du genou réduit l'angle du varus du genou et, par conséquent, diminue le moment du plan frontal.

 
 

Résultats

 
Données démographiques et mesures des résultats déclarées par les patients : résumées dans les tableau 3 et 4.

Paramètres de marche - Changements dans les moments articulaires : Les valeurs moyennes de groupe pour les moments du genou dans le plan frontal et sagittal pour la jambe testée par feedback sont présentées à la Fig. 3. L'analyse des données ne prenait en compte que la rétroaction. Aucune différence significative des moments de pointe n'a été observée entre la jambe testée et la jambe contro-latérale ; (Tableau supplémentaire 1 et 5)

Paramètres de marche - Paramètres clés cinématiques / spatio-temporels
Aucune différence significative n'a été observée entre l'angle de progression du pied (FPA) de la jambe testée par rétroaction et la jambe controlatérale (Tableau supplémentaire 2) pour l'une des conditions étudiées dans cette étude (P> 0,05).

Discussion

Effets sur les moments du genou : dans notre cohorte de patients, l'utilisation du feedback direct, sans aucune suggestion sur la façon de modifier le mode de marche, n'était pas efficace.
En raison de la relation dose / réponse individuelle (comme indiqué chez les témoins sains, la rétroaction directe peut être préférable à la rétroaction sur une variable supposée influencer le KAM; ceci évite la situation où un sujet effectue parfaitement la modification cinématique prescrite mais ne réduit pas le KAM en raison de compensations ailleurs ou en raison d'une relation non linéaire entre le changement de modification cinématique et la réduction de KAM. Le fait que la réduction de l'impulsion KAM n'ait pas été maintenue (à court terme) suggère que les patients ne pourraient pas reproduire complètement les modifications apprises de la démarche après une courte pause, malgré une réduction du premier pic de KAM.
Le KFM (moment de flexion du genou), qui peut contribuer significativement aux forces globales de contact dans le genou a été significativement augmenté lors du second essai de rétroaction visuelle KAM (après l'entraînement) et pendant l'essai de rétention provoqué par une augmentation de la flexion du genou. Le KFM contribue à l'augmentation de la charge du genou en augmentant la force musculaire excentrique dans les quadriceps.
En utilisant cette méthode, les auteurs ont prédit que les patients seraient en mesure de déterminer leur propre combinaison de modifications. Cependant, les patients étaient initialement incapables de développer une stratégie visant à réduire de façon constante le KAM avant de recevoir une formation sur les modifications spécifiques de la démarche. Nous avons étudié les commentaires audio et visuels, car cela pourrait être une option plus pratique pour la formation en dehors de l'environnement de laboratoire ; Cependant, la majorité des patients préféraient le format visuel. La réduction de KAM était similaire dans les deux conditions.
 
Effets des modifications de la démarche sur les moments au niveau des autres articulations
Des études antérieures sur la rééducation de la marche chez des patients atteints de mKOA ont largement négligé les effets des modifications au niveau des articulations de la hanche et de la cheville. Des réductions du KAM entraînant une augmentation du moment d'adduction de la hanche peuvent augmenter la charge appliquée à la hanche ; un facteur de risque pour le développement de l'arthrose de hanche. En comparaison avec les conditions initiales, les auteurs n’ont trouvé aucune augmentation significative des moments dans le plan frontal ou sagittal de hanche (HAM et HFM), ne suggérant ainsi aucune contre-indication pour ce type d'entraînement concernant le risque d'augmentation de la charge à la hanche. Des changements significatifs dans le moment d’adduction de la cheville ont été notés au cours de l'essai final de rétention. La pertinence clinique de ce changement n'est pas claire, étant donné les faibles changements dans les valeurs absolues. Fait important, l’AFM (moment de flexion de cheville) n'a pas été réduit, ce qui peut être un facteur important, afin de maintenir la génération d'énergie nécessaire pour l'initiation de l'étape suivante.
 

Conclusion

A noter, qu’une des limites de l’étude peut résider dans le fait que tous les entraînements et les mesures ont été effectués sur un tapis roulant. Cela a pu influencer la perception de l'équilibre dynamique des patients et donc leur capacité à modifier leur démarche. La marche sur tapis roulant peut aussi entraîner de petites différences dans la cinématique et la cinétique de la marche, comparativement à la marche au sol.
En conclusion, les patients avec mKOA ont eu besoin d'une courte période de formation où ils ont reçu des instructions cinématiques spécifiques, avant de pouvoir réduire efficacement le KAM en réponse au feedback direct. Utilisé en combinaison avec des instructions spécifiques sur la façon de modifier la démarche, le feedback KAM direct a été efficace. La rétention à court terme de l'effet sur le KAM a été démontrée lorsque les patients marchaient sans avoir reçu de rétroaction sur leur schéma de marche, mais avec une taille d'effet plus petite. Les travaux futurs devraient se concentrer sur le maintien de cette réduction sur une période plus longue et la mise en œuvre d'une telle formation dans la pratique clinique.

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