Applications cliniques de l'EMG de surface dans les pathologies neuromusculaires Jean-Yves Hogrel

1. Applications cliniques de l'EMG de surface dans les pathologies neuromusculaires Jean-Yves Hogrel Institut de Myologie GH Pitié-Salpêtrière - 75651 PARIS Cedex 13

2. Analyse bibliographique • Plus du tiers sont des articles à visées technologiques ou méthodologiques

3. Génération du signal EMG (repris de Basmajian et De Luca, 1985) • Contraction volontaire • Stimulation • L'EMG de surface ne peut s'affranchir des effets des tissus situés entre les sources du signal (les fibres) • et les sites de détection (les électrodes)

4. Variables dont l'EMG est tributaire Potentiel d'action d'unité motrice (PAUM) détecté en surface Vitesse de conduction Longueur et distribution sur les fibres musculaires Filtrage de la vague de dépolarisation (moyenne et distribution statistique) spatial Amplitude et pH intra-musculaire Température Diamètre des forme du potentiel intra-musculaire fibres d'action musculaires Production Dissipation H + H + Type de fibre Circulation sanguine Mouvements ioniques Niveau de contraction Configuration des électrodes Profondeur des fibres Zone d'innervation Localisation des électrodes Facteurs géométriques

5. 2 1.5 1 mV 0.5 0 -0.5 -1 1 0.5 Dwell time over RMS (s) 0.16 0 mV 0.14 -0.5 0.12 -1 0.10 Aiguille 0.08 0.06 0.04 R = 0.610; p<0.0001 0.02 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 Surface (repris de Huppertz et al., 1997) Pathologies neuromusculaires

6. 1 2 3 4 5 6 Détection du signal 1. Electrode aiguille 2. Electrode jetable Ag/AgCl 3. Electrode réutilisable Ag/AgCl 4. Electrodes Laplaciennes 5. Matrice d'électrodes sèches 6. Electrodes barre

7. Territoires musculaires explorés Membrane Cellule Unité motrice Muscle Coordination inter-musculaire Micro-électrode Electrode de fibre unique Détection invasive Electrode monopolaire conventionnelle Macro-EMG Matrice d'électrodes Détection non-invasive Electrode de surface conventionnelle • EMG clinique • EMG de surface "classique" - invasif (aiguille) - douloureux - risques de contamination - destruction de fibres musculaires - mesure sélective - non invasif - grande sensibilité aux conditions de mesure - mesure représentative mais peu sélective • EMG à haute résolution spatiale compromis entre la sélectivité de l'aiguille • et la représentativité de l'électrode de surface classique

8. RMS = 0.360 mV MDF = 81 Hz MPF = 92 Hz R2 = 0.946 VCPA = 4.26 m.s-1 DT Caractérisation du signal • Analyse temporelle • Analyse spectrale • Analyse de propagation

9. Pathologies neuromusculaires • Domaine temporel: • augmentation de l'amplitude pour un niveau de force absolu (en daN) • diminution de l'amplitude pour un niveau de force relatif (en %MVC) • diminution de l'efficience neuromusculaire • modifications des tissus péri-et intra-musculaires • Domaine fréquentiel: • plus de composantes haute-fréquences dans les myopathies • plus de composantes basse-fréquences dans les neuropathies • nombre d'études restreint: pas de conclusions définitives • Modifications de la propagation: • diminution de la VCPA dans les myopathies • comportement variable dans les neuropathies • atrophie ou dénervation (sélective) des fibres musculaires • troubles de la conduction

10. Méthodes globales S1 • Méthodes locales DT d - + DT d VCPA = DT S2 Principe de détection pour l'étude de la VCPA Zone d'innervation + - Unité motrice Directions de propagation

11. extinction tendon propagation JNM propagation tendon extinction Electrodes en ligne enregistrement bipolaire biceps brachii (aimablement fourni par R Merletti) génération (repris de Farina et al., 2002)

12. Matrice d'électrodes haute-densité (repris de Roeleveld et Stegeman, 2002) (repris de Zwarts et Stegeman, 2003) (repris de Kleine et al., 2000)

13. Matrice d'électrodes haute-densité (repris de Laptaki et al., 2003)

14. 1mV 10 ms Configuration des électrodes Monopolaire +1 -1 Bipolaire +1 -1 Double differentiel +1 -2 +1 Laplacien +1 +1 -4 +1 +1

15. Pathologies neuromusculaires (repris de Huppertz et al., 1997) • Valeur diagnostic équivalente de l’EMG à haute résolution spatiale et de l’EMG à l’aiguille

16. Vitesse de conduction des potentiels d'action

17. Vitesse de conduction des potentiels d'action Duchenne Normal 0 1 2 3 4 5 0 20 40 60 80 Diamètre des fibres musculaires (mm) VCPA des fibres musculaires (m/s) repris de Watkins et Cullen, 1985 repris de Cruz Martinez et Lopez Terradas, 1990

18. Estimation de distributions de VCPA contraction paramaximale abductor pollicis brevis électrodes Laplaciennes 3 voies sujet sain dystrophie musculaire canal carpien sévère 1 mV 10 ms 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 VCPA (m/s) VCPA (m/s) VCPA (m/s) VCPA=3.54 ±0.37 m.s-1 VCPA=2.17 ±0.13 m.s-1 VCPA=3.01 ±0.20 m.s-1

19. Applications cliniques (repris de Zwarts et al., 2000)

20. Pathologies neuromusculaires patient sujet contrôle • paralysie périodique • dans la myotonie généralisée • blocage de la conduction • le long des fibres musculaires (repris de Drost et al., 2001)

21. Fibre musculaire Unité motrice Muscle Electrode aiguille • Densité de fibres • Activités polyphasiques • Taille • Nombre • Patron de recrutement • Morphologie • Type I, II • Fatigue • Activités spontanées • Activités d'insertion • Transmission neuromusculaire EMG de surface multi-électrodes • Homogénéité fonctionnelle • Morphologie • Propriétés membranaires • Fatigue Conclusions et perspectives • L'EMG de surface ne peut s'affranchir des effets des tissus situés entre les sources du signal • et leurs sites de détection • La configuration des électrodes détermine les propriétés du signal et les analyses qui vont • pouvoir en être faites • La qualité du signal conditionne celle de son analyse • L'EMG de surface est un outil complémentaire à l'EMG invasif

22. Conclusions et perspectives • L'EMG de surface est répétable sans contraintes pour le patient et l’équipe médicale • Le développement d’indicateurs robustes pour le suivi des patients est pertinent et • opportun (évaluation des effets de thérapies) • amplitude du signal en contraction volontaire (en relation avec la force) • VCPA (diamètre des fibres et propriétés membranaires) • paramètres des potentiels d’action des unités motrices • paramètres de la réponse motrice • indices de fatigabilité • Les améliorations technologiques et méthodologiques sont encore nombreuses • (reproductibilité des mesures, décomposition du signal…) • Utilisations spécifiques et non généralistes • Implication d'un support industriel

23. Développements futurs... (repris de Stegeman, 2004)