Une rupture d'un ligament croisé du genou engendre des modifications au niveau du cerveau

Mis à jour : avr. 14


Plus qu'une blessure au genou : la rupture d'un ligament croisé antérieur engendre des modifications importantes dans le cerveau


" Il est connu que certaines fonctions articulaires soient perdues de façon permanente et notamment après une reconstruction d’un ligament croisé antérieur du genou, et les re-blessures sont fréquentes même avec une physiothérapie intensive, mais on ne sait pas pourquoi."

a déclaré Lindsey Lepley.


Des nouvelles recherches de l'University of Michigan School of Kinesiology montrent des changements structurels dans le cerveau des patients qui ont subi une reconstruction du ligament croisé antérieur du genou. Ces changements entravent la #récupération et peuvent contribuer à des déficits de #performance et à de nouvelles #blessures, explique le co-auteur de l'étude Lindsey Lepley, U-M assistant professor of athletic training.


Lindsey Lepley et son collègue Adam, professeur adjoint de clinique de l'entraînement sportif, ont effectué des examens, des IRM du cerveau de 10 patients à qui on a reconstruit un ligament croisé antérieur du #genou. Les scanners ont montré qu'une partie du tractus cortico-spinal, la voie qui transmettait les messages du cerveau aux muscles s'était atrophiée chez les patients. Le tractus cortico-spinal s'étend de l'avant vers l'arrière à travers les deux hémisphères du cerveau. Le côté du tractus qui contrôle le genou où l’on a reconstruit le ligament croisé antérieur était environ 15% plus petit que le côté non blessé, selon les chercheurs.


" Considérez le tractus corticospinal modifié comme un tunnel de circulation qui se rétrécit, laissant passer moins de voitures... Chez des patients à qui on a reconstruit un ligament croisé antérieur du genou, il y a moins d'informations qui sont transmises du #cerveau aux #muscles car moins d'informations peuvent se déplacer le long des voies les plus petites…"


" En substance, le cerveau modifie non seulement la façon dont il communique avec le reste du corps, les #articulations, les #muscles, etc., mais la composition structurelle des éléments de base du #cerveau est également modifiée après une lésion du ligament croisé antérieur du genou."

" Nous pensons qu'il s'agit d'un mécanisme de protection, dans lequel notre corps essaie de limiter les mouvements indésirables autour d'une blessure articulaire ... et peut être appliqué non seulement aux blessures du ligament croisé antérieur du genou, mais aussi à d'autres blessures musculo-squelettiques."

a déclaré Adam Lepley.


Une autre étude récente montre que l'activité neuronale en aval dans les quadriceps est altérée lors de mouvements de type sportif après une chirurgie du ligament croisé antérieur du genou, ce qui suggère qu'une mauvaise structure cérébrale et une mauvaise communication peuvent entraîner une réduction du fonctionnement, selon les chercheurs.


L'essentiel pour les patients et les cliniciens est qu'une blessure au #genou ne concerne pas seulement les genoux mais d'autres zones, comme la structure du cerveau qui sont également affectés négativement.


"Cela signifie que pendant le #traitement, une approche systémique doit être adoptée non seulement pour améliorer l'amplitude des mouvements ou l'œdème de l'articulation lésée, mais également prendre en compte d'autres déficiences comme de mauvais schémas de mouvement et l'activation musculaire afin d'obtenir de meilleurs résultats"
"Il existe des preuves que l'utilisation de la rééducation visuelle, de différentes modalités d'apprentissage moteur comme la concentration externe de l'attention et le biofeedback peuvent aider à "recâbler" le cerveau pour aider le corps à s'adapter à une nouvelle normalité."

a déclaré Lindsey Lepley.


Structure et excitabilité du tractus corticospinal chez les patients ayant une reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA) :

une étude avec imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et stimulation magnétique transcrânienne (TMS)


Des facteurs neuronaux sous-jacents contribuent à de mauvais résultats après la reconstruction du ligament croisé antérieur (ACLR) du genou. Des adaptations neurophysiologiques ont été identifiées dans l'excitabilité du tractus cortico-spinal, cependant des preuves limitées existent sur les changements neuro-structurels qui peuvent influencer la récupération motrice chez les patients après la reconstruction du ligament croisé antérieur du genou.


Objectif


1) Quantifier les différences hémisphériques dans les propriétés structurales du tractus corticospinal chez les patients ayant des antécédents de reconstruction du ligament croisé antérieur du genou

2) Evaluer la relation entre l'excitabilité et la structure du tractus cortico-spinal.


Méthode


Dix participants avec reconstruction du ligament croisé antérieur (âge: 22,6 ± 1,9 ans; hauteur: 166,3 ± 7,5 cm; masse: 65,4 ± 12,6 kg, mois après la chirurgie: 70,0 ± 23,6) se sont portés volontaires pour cette étude transversale.


La structure du tractus corticospinal (volume ; anisotropie fractionnelle [FA] ; diffusivité axiale [AD]; diffusivité radiale [RD]; diffusivité moyenne [MD]) a été évaluée en utilisant l'imagerie en tenseur de diffusion, et l'excitabilité a été évaluée en utilisant une stimulation magnétique transcrânienne (potentiels moteurs évoqués normalisés à une réponse musculaire maximale [MEP]) pour chaque hémisphère.


Les différences hémisphériques ont été évaluées en utilisant des tests t d'échantillons appariés. Des analyses corrélationnelles ont été menées sur les résultats structurels et d'excitabilité.


Résultats


L'hémisphère correspondant au membre blessé où il y a eu une reconstruction du ligament croisé antérieur du genou (c'est-à-dire controlatéral au membre blessé) a montré un volume inférieur, une FA inférieure, une DM plus élevée et des MEP plus petits par rapport à l'hémisphère du membre non blessé, indiquant une atteinte de la substance blanche et une réduction de l'excitabilité du tractus cortico-spinal. Une plus grande excitabilité du tractus corticospinal a été associée à un volume plus important du tractus corticospinal.


Conclusions


Les patients ayant subi une reconstruction du ligament croisé antérieur du genou ont montré une asymétrie dans les propriétés structurelles du tractus cortico-spinal qui peut influencer la #récupération de la fonction #motrice après une reconstruction chirurgicale. Plus de recherche est justifiée pour établir l'influence des mesures neurostruturelles sur les résultats des patients et la réponse au traitement dans les populations ayant subi une reconstruction du ligament croisé antérieur du genou.


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Corticospinal tract structure and excitability in patients with anterior cruciate ligament reconstruction : A DTI and TMS study


Highlights


• Diffusion tensor imaging (DTI) and transcranial magnetic stimulation (TMS) were used to assess neurophysiological and neurostructural properties of the corticospinal tract.


• Patients with a history of anterior cruciate ligament injury demonstrate asymmetry in corticospinal tract structure.


• Corticospinal excitability was strongly correlated with tract volume.



Abstract


Background


Underlying neural factors contribute to poor outcomes following anterior cruciate ligament reconstruction (ACLR). Neurophysiological adaptations have been identified in corticospinal tract excitability, however limited evidence exists on neurostructural changes that may influence motor recovery in ACLR patients.


Objective


To 1) quantify hemispheric differences in structural properties of the corticospinal tract in patients with a history of ACLR, and 2) assess the relationship between excitability and corticospinal tract structure.


Methods


Ten participants with ACLR (age: 22.6 ± 1.9 yrs; height: 166.3 ± 7.5 cm; mass: 65.4 ± 12.6 kg, months from surgery: 70.0 ± 23.6) volunteered for this cross-sectional study. Corticospinal tract structure (volume; fractional anisotropy [FA]; axial diffusivity [AD]; radial diffusivity [RD]; mean diffusivity [MD]) was assessed using diffusion tensor imaging, and excitability was assessed using transcranial magnetic stimulation (motor evoked potentials normalized to maximal muscle response [MEP]) for each hemisphere. Hemispheric differences were evaluated using paired samples t-tests. Correlational analyses were conducted on structural and excitability outcomes.


Results


The hemisphere of the ACLR injured limb (i.e. hemisphere contralateral to the ACLR injured limb) demonstrated lower volume, lower FA, higher MD, and smaller MEPs compared to the hemisphere of the non-injured limb, indicating disrupted white matter structure and a reduction in excitability of the corticospinal tract. Greater corticospinal tract excitability was associated with larger corticospinal tract volume.


Conclusions


ACLR patients demonstrated asymmetry in structural properties of the corticospinal tract that may influence the recovery of motor function following surgical reconstruction. More research is warranted to establish the influence of neurostructural measures on patient outcomes and response to treatment in ACLR populations.

Adam S. Lepley, Monica T. Ly, Dustin R. Grooms, Jeffery M. Kinsella-Shaw, Lindsey K. Lepley,

Corticospinal tract structure and excitability in patients with anterior cruciate ligament reconstruction : A DTI and TMS study,

NeuroImage: Clinical,Volume 25, 2020, 102157, ISSN 2213-1582.


University of Michigan. "More than a knee injury: ACL tears cause harmful changes in our brain structure." ScienceDaily. ScienceDaily, 29 January 2020.


Grooms, Dustin & Appelbaum, Lawrence & Onate, James. (2015). Neuroplasticity Following Anterior Cruciate Ligament Injury: A Framework for Visual-Motor Training Approaches in Rehabilitation. The Journal of orthopaedic and sports physical therapy.


Benoît Pairot de Fontenay. Récupération après reconstruction du ligament croisé antérieur et prévention des ruptures : étude biomécanique d’un mouvement pluri-articulaire. Education. Université Claude Bernard - Lyon I, 2014.

White matter Neurophysiology Knee Anterior cruciate ligament

Quadriceps muscle Cortical excitability


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