1.1

Introduction

Gait is a complex process characterized by rhythmic, cyclic, alternating movements of the legs and arms. However, gait also requires the movement of other body segments, since the single- and dual-stance actions of the legs are associated with slight rotations of the head and the trunk around the anteroposterior and mediolateral axes . Analysis of these rotations can reveal the organizational and motor strategies used by the central nervous system (CNS) to minimize destabilizing translations of the trunk during gait .

According to some researchers , the body can be considered as a multi-articulated system that is coordinated by the CNS during the production of movements or displacements. This raises the problem of the control mechanism needed to stabilize one or more body segments, that is to say a stable frame of reference against which posture is organized. The choice of this frame of reference is therefore critical for postural control.

Several studies have shown that on the behavioural level, stabilization of the head’s position in space is one of the motor strategies used to establish a stable frame of reference in balance control during movement. This involves three categories of sensory receptors, each of which is stimulated during gait:

• •
  

  the visual system collects exteroceptive information that provides the subject with a stable frame of reference and enables stabilization of the visual field;

  
  
• •
  

  vestibular sensors provide the CNS with feedback on the head’s angular and linear accelerations;

  
  
• •
  

  proprioceptive receptors in the neck’s muscles and spinal joints provide information on the displacement of the head with respect to the trunk and the spatial frame of reference. This multimodal sensory system means that the head can be considered as a true frame of reference for spatial orientation.

Intersensory coordination enables the subject to estimate the position of his/her body in space as a function of the context and the task to be performed .

In the child, balance control and independent gait develop with motor learning, as the body ages and the structures involved mature . Gait is thus both an ontogenetic process and the product of a learning process that is generally interpreted as a marker of the child’s physical and neurological integrity . In fact, gait requires certain levels of bone strength, muscle tone and CNS maturity. Head stabilization is a motor skill that takes quite a while to master; it is only around the age of 9 that the child is able to free up the head-trunk joint complex, stabilize the head in space and thus better exploit visual and vestibular information for balance control . The child thus develops increasing complex balance strategies as it matures, each of which involves different segmental stabilization phases.

However, in a condition like cerebral palsy (CP), gait and the postural control are impaired to a degree that depends on the site and extent of the brain damage. Non-hereditary CP results from central neurological lesions that affect the fast-maturing brain (i.e. before or during birth or up until the age of around 3). The brain damage causes primary (mainly motor) impairments, which translate into a set of persistent movement and postural disorders (spasticity, muscle tone disorders, balance disorders, etc.). Moreover, various bone and muscle malformations (secondary anomalies) appear during growth; these mainly affect the legs and the trunk and often oblige the child to adopt a stooped posture that greatly complicates gait. The child’s gait is then accompanied by:

• •
  

  significant postural instability and joint rigidity caused by spasticity and ataxia;

  
  
• •
  

  thus a reduction in the body’s joint-related degrees of freedom .

In many cases, these disorders prevent efficient gait.

To the best of our knowledge, the only study of head stabilization during normal gait on a treadmill in children suffering from spastic CP showed that only the variability in the amplitude of head displacements differed with respect to a control group of healthy children .

The primary objective of the present study was to characterize postural control during gait in children suffering from CP and thus to observe and quantify possible differences in the organisation and the control of head stabilization (relative to healthy controls). Our starting hypothesis was that head stabilization would be perturbed in the CP group, which would oblige these children to develop compensatory gait strategies.

1.2

Materials and methods

1.3

Results

The maximum and minimum angular amplitudes of the head and trunk in the sagittal and frontal planes are presented in Fig. 1 .

An illustration of how the amplitudes of the head and trunk angles in the sagittal and frontal planes were calculated, by taking the horizontal axis for the head and the vertical axis for the trunk.

Adapted from .

1.3.1

Amplitudes in the sagittal plane

There were no statistically significant differences between the CP and control groups in terms of the maximum and minimum head angle amplitudes in the sagittal plane (relative to the vertical). High inter-individual variability was noted in the two groups; for example, the mean ± SD maximum amplitude was –2.95° ± 20.25 in the CP group and –7.86° ± 16.40 in the control group. However, our statistical analysis of the head angle relative to the trunk ( Fig. 2 ) revealed significant intergroup effects for the minimum angular amplitude only (–0.37° ± 21.86 and 6.31° ± 14.95 in the CP and control groups, respectively).

Maximum and minimum amplitudes of the head angle (relative to the trunk) in the sagittal plane and in each group. P corresponds to children with cerebral palsy and S corresponds to control children.

1.3.2

Amplitudes in the frontal plane

The CP and control groups only differed significantly in terms of the minimum amplitude of the head angle relative to the vertical ( Fig. 3 ) (–7.52° ± 5.26 and –1.79° ± 3.38, respectively) and relative to the trunk (–8.61° ± 7.01 and –2.05° ± 3.87, respectively) ( Fig. 4 and Table 1 ).

Maximum and minimum amplitudes of the head angle (relative to the vertical) in the frontal plane and in each group.

Maximum and minimum amplitudes of the head angle (relative to the trunk) in the frontal plane and in each group.

Table 1

Maximum and minimum amplitudes of the head angle (relative to the vertical and relative to the trunk) in the frontal plane and in each groups.

	Head angle, ralative to the vertical		Head angle, relative to the trunk
	Maximum amplitude	Minimum amplitude	Maximum amplitude	Minimum amplitude
Children with CP	6.16° ± 11.94	–7.52° ± 5.26	6.28° ±1 2.93	–8.61° ± 7.01
Control children	4.10° ± 12.93	–1.79° ± 3.38	3.71° ± 12.87	–2.05° ± 3.87

 

CP: cerebral palsy.

1.4

Discussion

1.5

Conclusion

The aim of the present pilot study was to characterize postural control during gait in children (aged between 10 and 12) with CP and thus to compare and quantify potential differences in the organisation and control of head stabilization with respect to control participants of a similar age.

Our starting hypothesis was that head stabilization would be impaired in children with CP. Our results indeed confirmed the starting hypothesis, since we observed significant CP vs. control differences in the head angle relative to the vertical (mainly in the frontal plane) and relative to the trunk (in the frontal and sagittal planes). These differences testify to the presence of a more marked head roll in these children, which probably enables them to develop “en bloc” compensation strategies in gait production by reducing the number of degrees of freedom that have to be controlled. In combination with a particular segmental organisation (in which the arms are thrown forward, in particular) that is not observed in healthy subjects, these strategies may compensate for the motor impairments in CP and thus produce more fluid, energy-efficient gait.

Our findings raise the issue of how the various motor coordination actions develop during the gait learning process:is the head the frame of reference used by the CP children in the learning process, given that this approach requires a high level of motor skills?

It would be useful to extend this research by performing a detailed analysis of the relationships between displacements of the centre of gravity and the trajectory of the centre of the pressure, since these are critical parameters in the achievement of balance during gait. This type of research would complement the results of the present study by observing the children’s putative strategies for stabilizing the trunk in space. Future research should examine the hypothesis whereby children CP with an “en bloc” strategy prefer to stabilize their trunk, which would probably also enable them to expend less energy when controlling the postural imbalances induced by gait. It would also be useful to extend this work by taking into account the results of the physiotherapeutic examination performed before each quantitative gait analysis, in order to establish whether or not the postural strategies developed by children with CP result from muscle weakness.

Lastly, this work may prompt clinicians to reconsider the postural organisation of children with CP during gait, with a sole objective:improvement of the child’s overall mobility by prescribing specific postural and balance exercises (the difficulty of which would vary according to the child’s abilities).

Disclosure of interest

The authors declare that they have no conflicts of interest concerning this article.

2.1

Introduction

La locomotion est un processus complexe qui se caractérise par une activité rythmique, cyclique et alternée des membres inférieurs et supérieurs nécessitant pour sa mise en œuvre la mobilisation de nombreux segments corporels favorisant le déplacement du corps. Dans le cadre de la marche, cette alternance se traduit au niveau des membres inférieurs par des successions de phases de simple et de double appuis entraînant de faibles rotations de la tête et du tronc observables dans les plans sagittal et frontal . L’analyse de ces rotations met en évidence l’organisation et les stratégies motrices mises en jeu par le système nerveux central (SNC) afin de minimiser les perturbations dues aux éventuelles translations du tronc lors du déplacement .

Selon certains auteurs , le corps peut être considéré comme un système pluriarticulé exigeant une organisation particulière du SNC lors de la production d’un mouvement ou d’un déplacement. Cela pose donc le problème du contrôle impliquant la stabilisation d’un ou de plusieurs segment(s) corporel(s) représentant ainsi pour le système un référentiel stable, à partir duquel le contrôle de la posture est organisé. Le choix de ce référentiel reste donc déterminant et primordial dans la régulation posturale.

Plusieurs travaux ont montré que l’une des stratégies motrices utilisées pour l’établissement d’un cadre de référence stable dans le contrôle de l’équilibre lors de l’exécution d’un mouvement se traduit au niveau comportemental par la stabilisation de la tête dans l’espace. Elle comporte en effet trois catégories de récepteurs sensoriels, qui sont chacun sollicités notamment lors de la marche :

• •
  

  le système visuel recueille des informations extéroceptives fournissant au sujet un référentiel stable permettant de stabiliser le champ visuel ;

  
  
• •
  

  les capteurs vestibulaires renseignent le SNC sur les mouvements d’accélérations angulaires et linéaires de la tête dans l’espace ;

  
  
• •
  

  les récepteurs proprioceptifs du cou (musculo-articulaires cervicales) signalent les déplacements céphaliques par rapport au tronc et à l’espace.

Cette intermodalité sensorielle permet ainsi de considérer le capteur céphalique comme un véritable référentiel de l’orientation spatiale. Cette coordination intersensorielle permet d’informer le sujet sur la position de son corps dans l’espace en fonction du contexte et de la tâche à réaliser .

Chez l’enfant, le contrôle de l’équilibre et la maîtrise de la marche autonome s’organisent au fur et à mesure de son apprentissage moteur, évoluant en fonction de l’âge et de la maturité des structures mises en jeu . La marche est donc à la fois un processus ontogénétique et le fruit d’un apprentissage généralement interprété comme le témoignage de l’intégrité physique et neurologique de l’enfant . En effet, marcher demande un certain niveau de solidité osseuse, de tonicité musculaire et de maturation du SNC. La stabilisation céphalique constitue alors pour l’enfant une habileté motrice particulière longue à maîtriser. C’est seulement vers l’âge de neuf ans que l’enfant est capable de libérer le complexe articulaire tête-tronc, lui permettant de stabiliser la tête dans l’espace pour avoir une meilleure utilisation des informations visuelles et vestibulaires au service du contrôle de l’équilibre . L’enfant développe ainsi au cours de sa croissance des stratégies d’équilibre de plus en plus complexes, passant par des phases successives de stabilisations segmentaires différentes.

Cependant, lors d’une pathologie telle que la paralysie cérébrale, les processus d’organisation de la marche et du contrôle postural présentent des altérations dont les caractéristiques dépendent de la localisation et de l’importance de l’atteinte. La paralysie cérébrale, non héréditaire, est la conséquence de lésions neurologiques centrales apparaissant sur un cerveau en pleine maturation (avant, pendant ou après la naissance jusqu’à trois ans environ). La lésion cérébrale est responsable d’anomalies dites primaires essentiellement d’atteintes motrices, se traduisant le plus souvent par un ensemble de troubles persistants du mouvement et de la posture (spasticité, anomalie du tonus musculaire, troubles de l’équilibre, etc.). De plus, diverses malformations osseuses et musculaires apparaissent au cours de la croissance (anomalies secondaires), principalement au niveau des membres inférieurs et du tronc, obligeant souvent l’enfant à adopter une attitude « fléchie » de l’ensemble du corps, ce qui complique fortement la production du pas. La marche est alors souvent caractérisée par une forte instabilité posturale et une rigidité articulaire due à une spasticité et une ataxie importantes, réduisant ainsi les degrés de libertés articulaires de l’ensemble du corps . Ces troubles empêchent donc l’expression d’une motricité harmonieuse.

À notre connaissance, la seule étude menée sur la stabilisation de la tête chez des enfants atteints de paralysie cérébrale spastique, se déplaçant sur un tapis roulant à vitesse normale, a montré que seule la variabilité de l’amplitude des déplacements de la tête différait par rapport aux enfants sains du groupe témoin .

L’objectif principal de notre étude était donc de caractériser le contrôle postural des enfants atteints de paralysie cérébrale dans la locomotion, et ainsi d’observer et de quantifier les éventuelles différences dans l’organisation et le contrôle de la stabilisation de la tête par rapport aux enfants sains. L’hypothèse qui sous-tend cette étude était que la stabilisation céphalique serait perturbée chez les enfants PC, les contraignant à développer probablement des stratégies de compensation leur permettant de réaliser la tâche demandée.

2.2

Population et méthode

2.2.4

Traitements des données

Le traitement des données du système optoélectronique a été effectué tout d’abord avec le logiciel d’acquisition Vicon-Nexus ^® (Oxford Metrics) afin de réaliser la reconstruction des marqueurs dans l’espace 3D, de dater les différents événements locomoteurs notamment le repérage des contacts (pose du pied et décollage des orteils) pour chaque pied afin de définir les différents cycles de marche et de créer des fichiers c3d. À partir de là, le traitement de ces fichiers a été réalisé avec le logiciel Motion Inspector ^® (Biometrics France) afin d’analyser les différents déplacements angulaires des segments de la tête et du tronc dans les trois plans de l’espace. Pour cette étude, seules les amplitudes maximales et minimales, calculées à chaque cycle de marche, des angles de la tête par rapport à l’axe orbito-meatal et l’axe horizontal ( head pitch et head roll ) et des angles de la tête par rapport au tronc illustrant ainsi les coordinations du complexe articulaire tête-tronc dans les plans sagittal et frontal ( trunk pitch et trunk roll ) ( Fig. 1 ) ont été datées et prises en compte.

Only gold members can continue reading. Log In or Register to continue

Share this:

• Click to share on Twitter (Opens in new window)
• Click to share on Facebook (Opens in new window)

Related

Related posts:

Life satisfaction and self-reported impairments in persons with late effects of polio Clinical screening of oropharyngeal dysphagia in patients with ALS Therapeutic patient education for stroke survivors: Non-pharmacological management. A literature review Unstable gait due to spasticity of the rectus femoris: Gait analysis and motor nerve block Non-invasive cerebral stimulation for the upper limb rehabilitation after stroke: A review Relevance of the measure of perceived exertion for the rehabilitation of obese patients

Stay updated, free articles. Join our Telegram channel

Join