La stimulation électrique neuromusculaire haute fréquence module l’inhibition inter hémisphérique chez des sujets sains

Introduction

Les premiers protocoles d’électrostimulation (stimuli en pulsation rapprochée, basse fréquence, haute intensité), utilisés pour la réhabilitation du sportif, permettaient des contractions musculaires à travers des mécanismes périphériques du système neuro musculaire. Cela produisait un recrutement non physiologique des unités motrices, entrainant une demande métabolique importante, et un niveau de fatigue musculaire important.
Plus récemment, la méthode d’électrostimulation neuro musculaire (ESNM HF) à haute fréquence induit des contractions à travers des mécanismes neuro physiologiques qui miment le contrôle moteur physiologique. Elle implique à la fois les voies périphériques et centrales. Plusieurs études ont montré que l’ESNM HF produit une modulation dans l’excitabilité spinal.
 
En revanche, l’implication du réseau neural supra spinal durant l’ESNM HF n’est pas bien connue.
 

Objectif

Dans cette étude, il s’agit d’investiguer si une simple session d’électro stimulation neuro musculaire haute fréquence (ESNM HF), appliquée à un membre, influence la balance hémisphérique entre les deux aires M1 (cortex morteur).
 
Une interaction inter hémisphérique équilibrée entre les deux zones M1 est cruciale à la production de mouvements volontaires contrôlés. Par exemple, durant une action à une main, le M1 actif, controlatéral au coté en mouvement, exerce une influence inhibitrice sur le M1 homolatéral, de manière à prévenir une activité miroir.
 
 

Méthode

L’étude comprend 10 hommes droitiers, volontaires, sains et âgés entre 19 et 45 ans. Les participants suivent une session d’ESNM HF, appliquée au fléchisseur radial du carpe droit (FRC). Les paramètres mécaniques et neuro physiologique du FRC ont été mesurés avant pendant et tout de suite après l’intervention :
 

• En position assise, l’avant-bras droit du sujet est attaché à un dynamomètre, qui mesure la force isométrique de FRC (Figure B). La force isométrique maximale volontaire est mesurée à droite et à gauche. Le signal de la force est digitalisé, et utilisé lors du protocole pour suivre le niveau de force induite par l’ESNM.
• Un enregistrement électromyographique est réalisé sur les FRC droit et gauche, pour mesurer « l’effet miroir ».
• Mesure des ondes H et M. L’onde H explore la contribution spinale de la contraction évoquée, alors que l’onde M fournit des informations sur les mécanismes périphériques.
• Utilisation de la stimulation magnétique transcranienne (TMS) : Des potentiels évoqués moteurs (PEM) ont été générés par stimulation magnétique. Les mesures de l’excitabilité du cortex moteur incluent l’amplitude des PEM des FRC droit et gauche, et l’inhibition inter hémisphérique (IHI) du cortex moteur M1 gauche vers le cortex M1 droit. 

 L’expérience complète dure environ 1h30.La figure A récapitule le processus de l’expérience
 
Le protocole d’ENMS consiste en 60 contractions évoquées, en périodes ON/OFF de 5 secondes chacune. La contraction évoquée induit une flexion isométrique du poignet, à 15% de la force maximal volontaire.
 

Résultats

Après recueil des mesures et traitement statistique, les résultats sont retranscrits dans le tableau suivant :

• De toutes les mesures, seul l’onde H_max (en mV) du FRC droit montre une différence significative avant/après ESNM. Les comparaisons post-hoc indiquent que le H_max droit chute significativement d’environ 50%, alors que le gauche n’a pas été modifié après l’ESNM (figure ci-contre).
• Autre point, le « torque » de la contraction maximale volontaire n’a pas changé après l’ESNM, ce qui souligne l’absence de fatigue musculaire.

• La mesure de l’inhibition inter hémisphérique indique qu’elle a augmenté de façon significative après le protocole d’ESNM (figure ci-contre).
• Finalement, la modulation de l’inhibition inter hémisphérique avant/après ESNM a été corrélé avec le niveau « d’effet miroir » à l’EMG. Précisément, les sujets ayant eu la plus grande augmentation d’inhibition, sont ceux qui ont eu la moyenne la plus basse d’effet miroir à l’EMG durant le protocole. 

Discussion et conclusion

Les résultats ont montré un déclin fort et rapide des deux forces évoquées et le l’excitabilité spinal homolatéral. Il n’y a pas eu de changement significatif de l’excitabilité cortico spinal. L’expérience a mis en évidence une modulation de l’inhibition inter hémisphérique. Les données suggèrent qu’une courte période d’ESNM change l’excitabilité de la voie transcalleuse, pouvant supporter son utilisation lorsqu’une inhibition inter hémisphérique anormale est identifiée.
 
D’un point de vue fonctionnel, l’augmentation de l’inhibition inter hémisphérique permettrait la suppression de l’activité miroir.
 
Du fait que ni le potentiel évoqué moteur, ni l’onde H ont changé au niveau du FRC gauche, on peut conclure que la modulation inhibitrice inter hémisphérique ne dépend probablement pas de l’excitabilité cortico spinal émergeant du M1 droit, mais plutôt sur une augmentation de l’excitabilité des cellules trans-calleuses de l’hémisphère gauche.
 
 
Dans un contexte clinique, l’utilisation de l’électrostimulation neuro musculaire est une méthode commune dans les programmes de réhabilitation, étant donné qu’elle peut maintenir la contractilité des muscles immobilisé. Les patients souffrant de troubles neurologiques peuvent aussi en bénéficier. En particulier, l’ESNM à haute fréquence et en wide pulse, en s’adressant privilégièrement au système nerveux central à travers un feedback afférent, pourrait être utilisé chez des patients avec un contrôle moteur déficient.
 

Article original

High frequency neuromuscular electrical stimulation modulates interhemispheric inhibition in healthy humans. Nicolas Gueugneau, Sidney Grosprêtre, Paul Stapley, Romuald Lepers. J Neurophysiol 117: 467–475, 2017

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