MÉMOIRE

Contrôle postural dans la scoliose idiopathique

Comparaison de sujets sains et de sujets scoliotiques

Postural control in idiopathic scoliosis: comparison between healthy and scoliotic subjects

V. Silferi *, P. Rougier *, H. Labelle **, P. Allard **

* Laboratoire de Modélisation des Activités Sportives, UFR CISM, Université de Savoie, Domaine Universitaire de Savoie-Technolac,73376 Le Bourget-du-Lac.** Laboratoire d’Etude du Mouvement, Hôpital Sainte Justine, 3175 Côte Sainte Catherine, Montréal, PQ, H3T 1C5, Canada.

ABSTRACT

Purpose of the studyTo assess the effects of idiopathic scoliosis on undisturbed postural control in young female teenagers.

Material and methodsThe centre of pressure (CP) displacements, measured through a force platform, were decomposed into two elementary

components in order to differentiate the net postural performance, as revealed by the horizontal motions of the centre ofgravity (CGh) and the level of muscular activity expressed by the vertical difference CP-CGv. The CG horizontaldisplacements were estimated from those of the CP with a low pass filter taking into account the subjects’ anthropometry.Fifteen healthy teenagers and fifteen teenagers with idiopathic scoliosis were asked to stand still upright for threesuccessive trials of 64s, rest periods of similar duration being allowed between each trial.

ResultsThe results indicate differences in the postural control between the two populations: scoliotic CG motions are more

important than those of healthy subjects. In the medio-lateral direction, the CGh motions can be primarily explained bythe concomitant increase observed at the CP-CGv level. To be more precise, one should have in mind that the CP-CGvamplitudes determine the horizontal acceleration communicated to CGh. On the other hand, despite significative increasesof the CP-CGv in the antero-posterior direction, the CGh motions appear to be unaffected by these initial conditions. Thisfeature suggests that appropriate control mechanisms can intervene in this antero-posterior direction for the scoliotic groupwhereas a similar organization cannot be observed in the medio-lateral direction.

DiscussionThe differences observed in the postural performance for the healthy and scoliotic groups can be explained in various

ways. The capacity of the scoliotic group to counteract huge CP-CGv motions may be linked to the location of the posturalmuscles involved in this control: the triceps surae for the antero-posterior direction, and the abductor-adductor hip musclesfor the medio-lateral one. Only the action of the latter group can be indeed perturbed by the specific constraints occurringat the hip level and resulting from the scoliosis. On the other hand, the general increase of the CP-CGv motions, byexpressing an overwhelming muscular activity in the whole set of postural muscles, does suggest that the drive of thedescending motor commands is largely modulated and is likely the consequence of a central disfunctionning.

Key words: Idiopathic scoliosis, centre of gravity, centre of pressure, muscular stiffness, undisturbed upright stance.

RÉSUMÉ

L’objectif de ce travail était de mettre en évidence l’effet d’une scoliose idiopathique sur le maintien de la station deboutnon perturbée.

Deux échantillons d’adolescentes de 11 à 16 ans, normales et scoliotiques, ont été étudiés. Au total, trois essaissuccessifs de 64 cas étaient réalisés avec des périodes de récupérations de durées similaires.

Les déplacements du centre des pressions (CP), mesurés par une plate-forme de force sur laquelle se tenaient lessujets, étaient décomposés selon deux mouvements élémentaires : les mouvements horizontaux du centre de gravité (CGh)

Tirés à part : P. ROUGIER, à l’adresse ci-dessus.E-mail : patrice.rougier@univ-savoie.fr

Acceptation définitive le : 24 novembre 2003

Revue de chirurgie orthopédique © Masson, Paris, 20042004, 90, 215-225

et la projection verticale de la distance entre CP et CGh (CP-CGv). Une analyse fréquentielle était utilisée pour étudierl’organisation du contrôle de la posture et caractériser les contributions respectives de ces mouvements.

Les mesures ont montré des différences significatives entre les deux populations testées. Les sujets scoliotiquesprésentaient une capacité moindre à réguler les mouvements de CGh, particulièrement sur la direction médio-latérale,l’augmentation de CP-CGv et de son effet biomécanique (l’accélération horizontale communiquée au CG) apparaissant êtrela cause principale de ces difficultés. A l’inverse, sur la direction antéro-postérieure, les augmentations des mouvementsde CP-CGv ne déterminaient pas de mouvements significativement plus importants de CGh, suggérant la mise en jeu demécanismes de contrôle performants.

Cette capacité variable s’explique vraisemblablement par la nature proximale ou distale vis-à-vis du bassin des musclesimpliqués dans le contrôle des mouvements dans chacune des directions médio-latérale et antéro-postérieure. Néanmoins,la tonicité musculaire accrue trouve certainement son origine au niveau d’un dysfonctionnement d’ordre neurologique descommandes descendantes.

Mots clés : Scoliose idiopathique, centre de gravité, centre des pressions, raideur neuromusculaire, station debout.

INTRODUCTION

De multiples causes de la scoliose idiopathique de l’ado-lescence ont été avancées expliquant l’origine de ces défor-mations (rôle héréditaire ou facteur génétique, rôle de lamélatonine, anomalies du tissu conjonctif et des musclespara-vertébraux, ou encore anomalies neurologiques) sanspour autant aboutir à des résultats concluants.

Quelle que soit la localisation de la courbure, ce type dedéformation est susceptible d’entraîner un déséquilibre auniveau des épaules et/ou des hanches, points clés dansl’équilibre et le maintien de la station debout [Pérennou etal. (1)]. De plus, des études basées sur des mesures de ladistribution des pressions plantaires ont mis en avant lacontribution des membres inférieurs aux stratégies de com-pensation [Smith et Emans (2)]. Par ailleurs, des compen-sations au niveau céphalique peuvent également intervenirafin de contrecarrer la posture asymétrique des scoliotiquesprovoquée par la déformation tridimensionnelle de la sco-liose associée à des changements géométriques et morpho-logiques du tronc et de la cage thoracique [De la Huerta etal. (3), Masso et Gorton (4)]. Enfin, des orientations parti-culières de segments dans le plan horizontal, comme l’angleentre l’acromion et le pelvis [Nault et al. (5)], ou encore letype de courbures [Gauchard et al. (6)] apparaissent commeperturbatrices pour l’équilibre.

L’équilibre lors de la station debout repose sur la capacitéà maintenir la projection verticale du centre de gravité ducorps (CG) à l’intérieur du polygone de sustentation.Comme le montre la figure 1, l’inertie du corps fait que leCG est incapable de suivre précisément les déplacements ducentre des pressions (CP), point d’application de la résul-tante des forces de réaction au sol. De ce fait, il existeinévitablement une différence d’amplitude entre les mou-vements de CG et de CP au niveau du plan d’appui et parsuite des accélérations horizontales communiquées au CG[Brenière et al. (7)]. L’équilibre étant pour ces raisonsimpossible à maintenir strictement, il s’agit pour le systèmenerveux central de limiter les mouvements du corps par lamise en place de boucles sensori-motrices permettant leurdétection puis leur correction par des déplacements appro-priés du CP.

Plusieurs études s’intéressant aux effets de la scoliose surle contrôle postural ont déjà été réalisées, sans pour autantpermettre de préciser l’origine de ces dysfonctionnements[Smith et Emans (2),Yamada et al. (8)]. De plus, si plusieursétudes vont dans le sens d’une stabilité moindre chez lessujets scoliotiques que les sujets sains témoins [Smith etEmans (2), Nault et al. (5), Sahlstrand et al. (9), Herman etal. (10), Herman et McEwen (11), Njiokiktjien et Derijke(12)], d’autres montrent une absence d’effet significatif[Spaepen et al. (13), Driscoll et al. (14), Gregoric et al.(15)], voire une plus grande stabilité chez les premiers[Adler et al. (16)].

Le maintien de la station debout requiert un contrôlesensoriel et moteur extrêmement fin et un dysfonctionne-ment même léger peut donc avoir des retentissements aisé-ment repérables. Sur cette base, une méthode originale a étérécemment proposée reposant sur la dissociation des dépla-cements du CP en deux mouvements élémentaires [Farencet Rougier (17), Rougier et Caron (18)] : les mouvementshorizontaux du CG (CGh), qui sont reconnus comme étantla variable principalement contrôlée en matière d’équilibre[voir Massion (19) pour revue] et la projection verticale dela différence entre le CP et le CG (CP-CGv). Cette dissocia-tion se justifie par le fait que la trajectoire globale du CPcorrespond à la fois aux déplacements du CG et aux accélé-rations horizontales qui lui sont communiquées. Commel’illustre la figure 2, une analyse de la performance postu-rale exclusivement axée sur la mesure de la trajectoire dusignal résultant qu’est le CP risque par conséquent de mas-quer les causes réelles du dysfonctionnement postural, àsavoir une incapacité à contrôler les mouvements du CGet/ou une incapacité à réduire au strict minimum le niveaud’activité neuro-musculaire, ce que traduisent les mouve-ments de CP-CGv [Rougier (20)]. De façon intéressante, lestravaux de Brenière [21] ont permis de mettre en lumière larelation fréquentielle unissant les amplitudes de ces mouve-ments. C’est ce principe qui a été ici utilisé afin d’estimer,sur la base d’une mesure des déplacements du CP, les mou-vements du CGh et par suite de la différence CP-CGv. Ensupplément, le premier est particulièrement sensible auxmouvements du haut du corps alors que le second reflète

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avant tout l’activité des membres inférieurs, régulateurs duCG.

L’objectif de cette étude sera par conséquent de validerpar cette méthode originale certains constats préalablesavançant l’influence de la déformation scoliotique sur lesmécanismes de contrôle de la posture [Gauchard et al. (6),Yamada et al. (8), Sahlstrand et al. (9), Herman et al. (10),Herman et McEwen (11)]. En particulier, il s’agira de spé-cifier, chez les sujets scoliotiques, les effets intervenant auniveau des oscillations propres du corps, exprimés par lesmouvements du CGh, tout en comparant et en liant cesrésultats à ceux de l’activité neuromusculaire objectivée parceux de CP-CGv. Il est à noter que cette étude s’appuiedélibérément sur des sujets scoliotiques idiopathiques de

l’adolescence en général, sans prendre en considération lanature et l’importance des courbures.

MATÉRIEL ET MÉTHODE

Les méthodes d’acquisition et de traitement des donnéesont été détaillées dans plusieurs publications récentes [Rou-gier et al. (22, 23)]. Seuls les points les plus importantsseront par conséquent présentés ici. Trente adolescentes(15 témoins et 15 scoliotiques), âgées de 11 à 16 ans, ontparticipé à cette expérimentation. Les sujets se tenaientdebout sur une plate-forme de force, les pieds écartés (angleentre bords internes des pieds de 15°, distance entre malléo-les de 20 cm) et les bras placés le long du corps. Ce posi-

FIG. 1. − Schéma montrant la relation entre le centre des pressions (CP) et le centre de gravité (CG) pour le maintien de la stationdebout. A un instant donné (A), le point d’application du CP (flèche foncée située au niveau des pieds) est situé en arrière de laprojection verticale du CG (flèche grisée partant du CG et se terminant par la ligne discontinue verticale). Comme il a été montré[Brenière et al. (7)], la différence entre ces deux vecteurs détermine l’accélération horizontale communiquée au CG, et par suitesa vitesse horizontale (flèche noire horizontale partant du CG). Dans le cas présent, la différence CP-CG va induire dans les instantssuivants une augmentation de la vitesse instantanée. Celle-ci sera maximale jusqu’au moment ou la différence CP-CG va devenirnulle (B). A partir de là, l’accélération s’inversant, la vitesse du CG va progressivement diminuer (C) et finir même par s’inverser(D). Le déplacement du CG en sens opposé va provoquer une nouvelle accélération du CG. Le contrôle de sa trajectoire va doncpasser par un déplacement du CP de l’avant vers l’arrière. Comme en (B), la vitesse maximale du CG sera atteinte lorsque le CPet la projection verticale du CG seront confondus (E). Le CP repassant en arrière du CG (F), la vitesse de ce dernier va progressivementdiminuer et s’inverser à nouveau, ce qui replace CP et CG dans des positions similaires à (A). Ces mouvements, décrits ici selonla direction antéro-postérieure (AP), sont naturellement de même nature selon la direction médio-latérale (ML) [d’après Rougier etal. (22)].

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tionnement des pieds a été choisi de façon à déterminer chezles sujets des mouvements suffisamment amples sur lesdeux directions perpendiculaires médio-latérale (ML) etantéro-postérieure (AP). La plate-forme de force était cons-tituée d’une plaque rectangulaire reposant sur quatre cap-teurs de force dynamométriques (AMTI). Les signaux ana-logiques délivrés par ces capteurs, après amplification,étaient numérisés puis enregistrés sur un ordinateur.Comme cela se fait classiquement, les trajectoires du CP,points d’application successifs de la résultante des forces deréactions exercées au niveau du plan d’appui, étaient expri-mées en fonction du temps selon les deux directions MLet AP.

La consigne donnée aux sujets était de minimiser autantque possible les mouvements du corps. Ce recueil expéri-mental, pendant lequel les sujets fixaient une cible située à1,2 mètre, comportait 3 essais de 64 secondes (fréquenced’échantillonnage de 64 Hz). A la fin de chaque essai, lessujets descendaient de la plate-forme et bénéficiaient d’unepériode de repos sensiblement de 30 s.

Le traitement automatique des données, effectué grâce aulogiciel Equi+-Prog01, avait tout d’abord pour objet le cal-cul des mouvements horizontaux du CG (CGh) et par suitedes différences CP-CGv. Pour cela, un filtre (partie centralede la figure 3), basé sur une relation fréquentielle entre lesamplitudes des mouvements horizontaux du CG vis à vis de

ceux du CP, était utilisé. Les différentes étapes nécessaires àcette estimation sont synthétisées par l’intermédiaire de lafigure 3. Le détail mathématique de ces calculs figure enannexe 1.

L’objectif étant d’évaluer les contributions respectivesdes mouvements de CGh et de CP-CGv au niveau de deuxéchantillons de sujets scoliotiques et de sujets en bonnesanté, les paramètres d’amplitudes moyenne (RMS) et defréquence moyenne (FPM), ont été comparés par un testnon paramétrique bilatéral basé sur les rangs, le T de Wil-coxon (premier seuil de signification retenu : p < 0,05). Cesparamètres, dont le principe de calcul est détaillé par l’inter-médiaire de l’annexe 2, permettent de caractériser les diffé-rents spectres d’amplitude pour chacun des mouvements.

RÉSULTATS

Mouvements de CP-CGv

Comme le montrent les spectres d’amplitudes de lafigure 4, les mouvements de CP-CGv, sur les directions MLet AP étaient largement plus importants chez les sujets sco-liotiques que les sujets normaux. Ceci est retrouvé au niveaudes amplitudes moyennes (RMS), comme l’indiquent leshistogrammes correspondants (ML : U = 172 ; p < 0,012 ;AP : U = 168 ; p < 0,007). Ces différences, exprimées en

FIG. 2. − La surface de CP est dépendante de celles de CGh et de CP-CGv. Comme on peut le voir, le territoire occupé par les déplacementssuccessifs du CP (à gauche) est dépendant à la fois de la grandeur des mouvements horizontaux du CG (en haut à droite) et desamplitudes des déplacements de CP-CGv. D’une façon imagée, ces derniers correspondent aux déplacements du CP vus du CG. Desparamètres globaux tels que le calcul d’une surface sur la base du CP sont par conséquent d’un intérêt réduit dès lors que l’on souhaitecaractériser la performance posturale d’un patient [d’après Rougier (23)].

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pourcentage des valeurs mesurées chez les sujets normauxétaient respectivement de 43 % et 38 % pour les directionsML etAP. Ces différences se retrouvant sur l’ensemble de labande de fréquence de calcul (0-3 Hz), aucun effet statisti-quement significatif n’a été de ce fait retrouvé au niveau dela distribution fréquentielle des amplitudes (FPM). Les dif-férences exprimées relativement aux sujets en bonne santéétaient respectivement de + 4 et + 5 % sur les directions MLet AP.

Mouvements de CGh

Comme le montrent les spectres moyens de la figure 5, lacomparaison des résultats entre les deux populations testéesrévélait des amplitudes de mouvements plus importanteschez les sujets scoliotiques, en particulier sur la direction

ML. Cette observation était confirmée lors de la comparai-son statistique des valeurs des RMS (ML : U = 162 ;p < 0,003). Ces différences entre les deux échantillons,exprimées relativement par rapport aux sujets en bonnesanté, montraient des mouvements de CGh des scoliotiquesaugmentés en moyenne respectivement de 50 et 27 % selonles directions ML et AP. La fréquence moyenne de cesspectres (FPM) apparaissait quant à elle peu affectée. Il fauttoutefois noter que la FPM des sujets scoliotiques était légè-rement inférieure sur la direction ML (– 6 %) alors qu’elleapparaissait légèrement supérieure (+ 5 %) sur la directionAP. Ceci signifie par conséquent que la contribution desmouvements lents de fréquences basses était plus impor-tante pour la direction ML et moindre pour la direction AP.Enfin, les écart-types au niveau des histogrammes révé-

FIG. 3. − Synoptique des différentes étapes nécessaires à l’estimation des mouvements de CP-CGv et de CGh sur une direction. Les donnéesde force mesurées par la plate-forme permettent le calcul des déplacements du CP selon chacune des directions ML et AP. Une trajectoireselon une des directions est ici représentée en fonction du temps (partie supérieure gauche). De façon à obtenir les mouvementshorizontaux du centre de gravité (CGh) et par suite la différence CP-CGv, un filtre mathématique passe-bas est utilisé, par exempleici pour la direction AP. A cet effet, les déplacements du CP font l’objet d’une transformée rapide de Fourier de façon à obtenirla distribution des amplitudes en fonction de la fréquence. Une fois le spectre du CP obtenu (en bas à gauche), sa multiplicationpar le filtre précédemment défini permettra l’obtention du spectre du CGh (en bas, à droite) et par soustraction celui de CP-CGv(au centre). A ce stade il est possible, par l’intermédiaire d’une transformée rapide de Fourier inverse de revenir au domaine temporelet par conséquent d’obtenir les mouvements de CGh (en haut à droite) et par suite de CP-CGv (en haut au centre). Ce dernier mouvementpeut également s’obtenir par la transformation rapide de Fourier inverse appliquée au spectre de CP-CGv (flèches en traits discontinus).Ces différents spectres sont à chaque fois caractérisés par des paramètres RMS (root mean square) et FPM (fréquence de la puissancemoyenne) [d’après Rougier et al. (28)].

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laient une grande variabilité inter-individuelle au niveau desrésultats des mouvements du CGh des sujets scoliotiques.

DISCUSSION

Sur les échantillons étudiés, nos résultats confirment quela présence d’une scoliose idiopathique de l’adolescence estassociée à une modification de la capacité à maintenir lastation debout. Les augmentations observées à la fois sur lesmouvements de CGh et de CP-CGv vont dans le même sensque les études préalables basées sur des mesures des dépla-cements globaux du CP [Yamada et al. (8), Lidstrom et al.(24)]. Les résultats de Smith et Emans (2) vont égalementdans le même sens, mais sur la base d’une posture assise,démontrant une stratégie de compensation au niveau des

membres inférieurs. Cette particularité est intéressante etest à mettre en relation directe avec l’augmentation obser-vée sur les mouvements de CP-CGv et par suite, de l’activitémusculaire. A l’opposé, nos résultats vont à l’encontre dedifférents travaux [Spaepen et al. (13), Driscoll et al. (14),Gregoric et al. (15)]. Ces différences semblent pouvoir apriori s’expliquer par la nature des variables mesurées.

Une caractéristique importante des résultats réside dansles hétérogénéités importantes, reflétées par les écarts-typesdes résultats obtenus chez les sujets scoliotiques. Ceci pour-rait s’expliquer d’une part, par la diversité des formes topo-graphiques et des courbures de scolioses idiopathiques exis-tantes. D’autre part, l’importance de la courbure pourraitêtre un facteur s’additionnant au premier et influer sur le

FIG. 4. − Partie gauche : spectres (moyennes en gras ± un écart-type en traits fins) des amplitudes des mouvements de CP-CGv pourles deux échantillons et selon les deux directions médio-latérale et antéro-postérieure. Partie droite : histogrammes représentant lesmoyennes et écarts-types des paramètres spectraux calculés (RMS et FPM). Les résultats des tests statistiques sont représentés dela façon suivante (* : p < 0,05 ; ** : p < 0,01). Noter les différences d’amplitude sur l’ensemble de la bande de fréquence considéréeet les effets significatifs au niveau des RMS, en particulier sur la direction AP.

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contrôle postural comme l’ont observé Gauchard et al. (6).Enfin, dans la mesure où la croissance joue un rôle domi-nant sur le développement des scolioses, en particulier lapériode de la puberté où elle est la plus rapide [Willmer(25), Duval-Beaupere (26)], la prise en compte d’un para-mètre tel que la proximité de l’examen vis à vis du pic decroissance pourrait également apporter quelques informa-tions complémentaires.

Spécificités biomécaniques et neurophysiologiquesdu contrôle postural des scoliotiques

La mise en relation des paramètres FPM et de RMS cal-culés pour les différents mouvements élémentaires entre les

deux échantillons montre une proximité des pourcentagesde variation des RMS de CP-CGv et de CGh sur la directionML. Ceci suggère que dans cette direction, les mouvementsplus importants du corps, objectivés par ceux de CGh, pour-raient n’être qu’une conséquence directe des déplacementsaccrus de CP-CGv en raison de la relation particulière quiunit ces deux mouvements. Comme il a été expliqué dansl’introduction, l’amplitude des mouvements de CP-CGvdétermine en fait l’accélération initiale horizontale commu-niquée au CG [Brenière et al. (7)]. Les forces à générer pourcontrecarrer ces contraintes sont par conséquent plusimportantes chez les sujets scoliotiques, ce qui expliqueraitles plus grandes amplitudes des mouvements du corps.

FIG. 5. − Partie gauche : spectres (moyennes en gras ± un écart-type en traits fins) des amplitudes des mouvements de CGh pour lesdeux échantillons et selon les deux directions médio-latérale et antéro-postérieure. Partie droite : Histogrammes représentant lesmoyennes et écarts-types des paramètres spectraux calculés (RMS et FPM). Les résultats des tests statistiques sont représentés dela façon suivante (* : p < 0,05 ; ** : p < 0,01). Noter les différences d’amplitude sur l’ensemble de la bande de fréquence considéréeet les effets significatifs au niveau des RMS, en particulier sur la direction ML.

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Cette augmentation des amplitudes de CP-CGv constituela traduction mécanique d’un niveau d’activité musculaireplus élevé, conséquence du recrutement des unités motricesmis en évidence par Henneman et al. (27). En effet, l’aug-mentation de la force musculaire implique le recrutementd’unités motrices supplémentaires ayant des capacités à secontracter plus rapidement et à déterminer un accroisse-ment plus important de la tension. Ce mécanisme physiolo-gique est à mettre en relation avec la relation décrite enannexe 1 et permettant le calcul des mouvements du CG àpartir de ceux du CP. La mise en jeu d’unités motrices deplus en plus rapides va engendrer des déplacements du CPde fréquences croissantes qui vont avoir, de ce fait, de moinsen moins d’influence sur le CG. En définitive, ce sont lesdifférences CP-CGv qui vont croître à mesure que le nombred’unités motrices, et par suite l’activité musculaire, va aug-menter.

Cette similitude des proportions avec lesquelles les deuxmouvements élémentaires de CP-CGv et de CGh augmen-tent chez les sujets scoliotiques tend également à montrerque les mécanismes de contrôle des mouvements du corpssont incapables chez ces sujets de minimiser ces effets per-turbateurs. Des études précédentes [Rougier (23), Rougieret al. (28)], utilisant la même méthode d’analyse, ont per-mis de montrer que des mouvements plus importants deCP-CGv, malgré des accélérations horizontales initialesplus importantes communiquées au CG, n’impliquaient pasnécessairement d’augmentation concomitante des mouve-ments du corps (CG) du fait de la mise en place de stratégiesvisant à mieux contrôler ces derniers et en réduisant lesseuils spatio-temporels de correction.

Cette moindre capacité des jeunes filles ayant une sco-liose idiopathique de l’adolescence peut vraisemblable-ment s’expliquer par les contraintes importantes survenantau niveau du bassin dans cette direction pour contrecarrer ledéséquilibre survenant au niveau des épaules et des hanches[Smith et Emans (2)], ainsi que par les répercussions sur lagéométrie de l’ensemble des segments lorsque les sujetsscoliotiques tentent d’aligner deux segments particuliers,tels que le bassin et les épaules [Nault et al. (5)]. La spéci-ficité directionnelle doit être rapprochée de l’anatomie desmuscles impliqués pour le contrôle des mouvements danschacune des directions ML et AP. L’analyse biomécaniquemontre que si le couple adducteurs-abducteurs de la hancheassure la régulation des mouvements médio-latéraux, c’està dire la capacité à maintenir constante la répartition dupoids de corps sur les deux appuis, les mouvements antéro-postérieurs sont, eux, sous le contrôle des seuls fléchisseursplantaires (triceps surae). Les différences observées selonles directions ML et AP pourraient s’expliquer tout d’abordpar le fait que seuls les adducteurs-abducteurs de la hanchepossèdent des points d’insertion sur le tronc. Par ailleurs,plusieurs études ont récemment permis de mettre en évi-dence que les personnes souffrant de troubles de l’équilibre[Mitchell et al. (29), Berger et Rougier (30)] se caractéri-

sent par des difficultés à limiter leurs mouvements postu-raux principalement sur la direction ML. Une hypothèseavancée pour expliquer ces comportements singuliersréside dans la mise en place de stratégies posturales consis-tant par ces balancements à favoriser un mouvement d’ini-tiation du pas.

L’hypothèse de déficit sensori-moteur pourrait égale-ment expliquer la légère diminution des valeurs de FPM, etpar suite un allongement de la période moyenne, sur ladirection ML. En effet, le ralentissement du cycle temporeldu principe de perception-action chez les scoliotiques mon-trerait qu’un temps plus important leur est nécessaire pourinitier les corrections des déplacements de leur CG sur cettedirection. A l’inverse, les résultats obtenus sur la directionAP traduiraient de leur part une efficience supérieure. Eneffet, alors que l’effet est d’un point de vue statistique supé-rieur au niveau des mouvements de CP-CGv, seule unetendance est observée pour ceux du CG, ce qui cette foissuggère une capacité du système nerveux central à mettre enplace des stratégies de contrôle efficientes.

Ces différents éléments pourraient expliquer la difficultéaccrue des sujets scoliotiques à contrôler les mouvementsde leur corps, objectivée par exemple sur la directionAP pardes mouvements de CP-CGv plus amples et par suite uneactivité neuromusculaire plus importante pour obtenir unniveau de stabilisation proche de celui des sujets sains. Eneffet, une mauvaise perception visuelle ou proprioceptivesuffirait à perturber le processus de stabilisation, du faitd’une évaluation spatiale incorrecte par rapport à la réalité.Naturellement, les autres facteurs venant interférer n’aide-raient en rien à l’amélioration de ces mécanismes decontrôle postural.

Hypothèses étiologiques susceptibles d’expliquerces particularités comportementales

Les résultats montrent des mouvements du CG plusimportants dans la direction ML chez les sujets scolioti-ques, pour une même fréquence moyenne d’oscillation. Onpeut donc penser que des troubles au niveau neurologiqueentraînent soit des anomalies au niveau de la transmissiondes informations extéroceptives et proprioceptives ou deleur traitement, soit un dysfonctionnement au niveau de latransmission ou du contrôle des réponses neuromusculai-res. Dans tous les cas, un voire des problèmes neurologi-ques seraient en cause.

Par ailleurs, l’analyse de la littérature conduit à proposerd’autres causes :

— La scoliose a des effets reconnus au niveau tissulaire,musculaire paraspinal et abdominal. En effet, une muscula-ture abdominale insuffisante [Lowe et al. (31)], entraînantune moindre capacité à maintenir le tronc, peut être unfacteur disfacilitant pour le contrôle postural par l’incapa-cité à utiliser efficacement sa musculature abdominale. Parailleurs, une anomalie du tissu conjonctif élastique interver-tébral affaiblit le maintien de la colonne [Beart et al. (32)].

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Enfin, ces anomalies traduisent peut-être une adaptation autravail musculaire paraspinal asymétrique induit par ladéformation de la colonne vertébrale.

— Selon Yekutiel et al. (33), il y aurait chez les sujetsscoliotiques un déficit au niveau du système interne desfuseaux musculaires, impliqués dans la proprioception etexpliquant certaines lacunes sensori-motrices. Parmi cesdifférentes hypothèses, la dernière semble assez concor-dante avec nos résultats. L’observation d’une incapacitéintervenant principalement sur les muscles abducteurs-adducteurs de la hanche suggèrerait toutefois que le déficitsouligné par les travaux de Yekutiel et al. (33) interviennesélectivement sur les muscles contrôlant les mouvementsdu tronc.

Applications cliniques

Le simple constat d’importants déplacements du corps,objectivés par ceux du CG, peut déjà refléter une anormalitéposturale ou encore squelettique, en particulier dans lesmouvements médio-latéraux. L’observation de fréquencesmoyennes d’oscillation du CG inférieures à celles obser-vées sur les sujets sains associées à des oscillations plusgrandes en amplitude (RMS) pourrait être une sourced’interrogation quant à la présence ou non d’une scoliosechez un adolescent. L’étude des stratégies d’équilibrationlors du maintien de la station debout peut donc être à ce titreconsidérée comme un outil de dépistage potentiel pour lesscolioses idiopathiques. Dans la mesure où les troubles pos-turaux peuvent résulter d’une détérioration des processusinformationnels, une rééducation des systèmes sensorielspeut constituer une étape préalable à l’amélioration de cecontrôle.

CONCLUSION

La scoliose est probablement d’étiologies multiples etplurifactorielles mais les résultats de cette étude pourraientappuyer une explication qui résiderait dans un dysfonction-nement du système nerveux central, en particulier au niveaudes mécanismes d’intégration des informations visuelles,proprioceptives et vestibulaires nécessaires à la régulationde la station debout. Les résultats montrent des différencessignificatives entre les deux populations testées. Les sujetsscoliotiques présentent une capacité moindre à réguler lesmouvements de CGh, particulièrement sur la directionmédio-latérale.

RemerciementsNous désirons remercier Mesdames ManonAllard et Terra Pots

pour leurs contributions à la collecte des données. L’aide finan-cière du CRSNG et du Hospital for Sick Children Foundation acontribué en partie à la réalisation de ce travail.

Références1. PERENNOU D, BIOT B, PELISSIER J, FAUCHET R, HERISSON C,

SIMON L : Troubles posturaux des scolioses dites idiopathi-

ques. In : J Pelissier, V Brun, M Enjalbert (Eds) Posture,équilibration et médecine de rééducation, Masson, Paris,1993, 253-260.

2. SMITH RM, EMANS JB : Sitting balance in spinal deformity.Spine, 1992, 9, 1103-1109.

3. DE LA HUERTA F, LEROUX MA, ZABJEK KF, COILLARD C,RIVARD CH : Évaluation stéréovidéographique de la géomé-trie posturale du sujet sain et scoliotique. Ann Chir, 1998, 52,776-783.

4. MASSO PD, GORTON GE III : Quantifying changes bodysegment alignment following spinal instrumentation andfusion idiopathic scoliosis using an optoelectronic measure-ment system. Spine, 2000, 25, 475-462.

5. NAULT ML, ALLARD P, HINSE S, LE BLANC R, CARON O,LABELLE H, SADEGHI H : Relations between standing stabilityand body posture parameters in adolescent idiopathic scolio-sis. Spine, 2002, 27, 1911-1917.

6. GAUCHARD GC, LASCOMBES P, KUNHAST M, PERRIN PP :Influence of different types of progressive idiopathic scoliosison static and dynamic postural control. Spine, 2001, 26, 1052-1058.

7. BRENIERE Y, DO MC, BOUISSET S : Are dynamic phenomenaprior to stepping essential to walking ? J Mot Behav, 1987, 19,62-76.

8. YAMADA K, IKATA I, YAMAMOTO H, NAKAGAWA Y, TANAKH, TZVKA A : Equilibrium function in scoliosis and activeplaster jacket for the treatment. Tokushima J Exp Med, 1969,16, 1.

9. SAHLSTRAND T, ORTENGREN R, NACHEMSON A : Posturalequilibrium in adolescent idiopathic scoliosis. Acta OrthopScand, 1978, 49, 354-365.

10. HERMAN R, MAULUCCI R, STYCK J, MCEWEN GD : Visuo-vestibular dysfunction in idiopathic scoliosis. Trans OrthopRes Soc, 1979, 5, 120.

11. HERMAN R, MCEWEN GD : Idiopathic scoliosis : Visuo-vestibular disorder of the CNS. PA Zorab, D Siegler (Ed). NewYork, Academic Press, 1980, 61-69.

12. NJIOKIKTJIEN C, DERIJKE W : The recording of Romberg testand its application in neurology. Agressologie, 1972, 131, 7.

13. SPAEPEN A, FORTUIN F, WILLEMS EJ : Comparison of themovement of the center of gravity and the center of pressurein stabilometric study. Agressologie, 1979, 20B, 75-76.

14. DRISCOLL DM, NEWTON RA, LAMB RL, NOZI J : A study ofpostural equilibrium in idiopathic scoliosis. J Pediatr Orthop,1984, 6, 677-681.

15. GREGORIC M, PECAK F, TRONDELJ JV, DIMITRIJEVIC MR :Postural control of scoliosis. A statokinesimetric study inpatients due to neuromuscular disorders and in patients withidiopathic scoliosis. Acta Orthop Scand, 1981, 52, 59-63.

16. ADLER N, BLECK EE, RINGSKY LA, YOUNG W : Balancereactions and eye-hand coordinations in idiopathic scoliosis.J Orthop Research, 1986, 4, 102-107.

17. FARENC I, ROUGIER P : Analyse fréquentielle des trajectoiresdu centre de gravité et du centre des pressions lors de la stationdebout immobile. ITBM-RBM, 1999, 21, 210-216.

CONTRÔLE POSTURAL DANS LA SCOLIOSE IDIOPATHIQUE 223

18. ROUGIER P, CARON O : Center of gravity motions and anklejoint stiffness control in upright undisturbed stance modeledthrough a fractional Brownian motion framework. J MotBehav, 2000, 32, 405-413.

19. MASSION J : Cerveau et Motricité. PUF 1997, Paris.

20. ROUGIER P : Le maintien d’une posture d’inclinaison versl’avant modifie d’avantage les amplitudes des déplacementsdu centre des pressions que celles du centre de gravité. AnnReadaptation Med Phys, 2001, 44, 533-541.

21. BRENIERE Y : Why we walk the way we do ? J Mot Behav,1996, 28, 291-298.

22. ROUGIER P, FARENC I, BERGER L : Effets sur le contrôle de lastation debout de l’échelle de représentation de la trajectoiredu centre des pressions sur l’écran d’un moniteur. Kine Scient,2001, 410, 6-13.

23. ROUGIER P : Visual feedback induces opposite effects onelementary centre of gravity and centre of pressure minuscentre of gravity motions in undisturbed upright stance. ClinBiomech, 2003, 18, 341-349.

24. LIDSTROM J, FRIEDBERG S, LINDSTROM L, SAHLSTRAND T :Postural control in siblings and scoliosis patients. Spine, 1988,13, 1070-1074.

25. WILLMER S : The proportion of legs to trunk in girls withidiopathic structural scoliosis. Acta Orthop Scand, 1975, 46,84-89.

26. DUVAL-BEAUPERE G : La croissance des scoliotiques. RevChir Orthop, 1970, 69, 201-206.

27. HENNEMANN E, SOMJEN G, CARPENTER DO : Functionalsignificance of cell size in spinal motoneurons. J Neurophy-siol, 1965, 28, 560-580.

28. ROUGIER P, ZANDERS E, BORLET E : Influence des informa-tions visuelles sur le contrôle de la posture debout : effetdifférencié de la fermeture des paupières. Rev Neurol, 2003,159, 180-188.

29. MITCHELL SL, COLLINS JJ, DE LUCA CJ, BURROWS A, LIP-SITZ LA : Open-loop and closed-loop postural control mecha-nisms in Parkinson’s disease : increased mediolateral activityduring quiet standing. Neurosci Lett, 1995, 197, 133-136.

30. BERGER L, ROUGIER P : Spécificités posturales des sujets sainsâgés au regard de sujets séniors et jeunes. Rev Med Brux, 2002,23 (suppl 1), A199.

31. LOWE TG, EDGAR M, MARGULIES JY, MILLER NH, RASO VJ,REINKER KA, RIVARD CH : Current concepts review etiologyof idiopathic scoliosis : current trends in research. J Bone JointSurg (Am), 2000, 82, 1157-1168.

32. BEART HK, ROBERTS S, O’BRIAN JP : Immunofluorescentstaining for collagen and proteoglycan in normal and scolioticintervertebral discs. J Bone Joint Surg (Br), 1981, 63, 529-534.

33. YEKUTIEL M, ROBIN GC,YAROM R : Proprioceptive functionin children with idiopathic scoliosis. Spine, 1981, 6, 560-566.

34. ROUGIER P : Compatibilité des effets comportementauxinduits par le jeu de l’échelle de représentation et du décalagetemporel du feedback visuel : quel intérêt thérapeutique pourles troubles de l’équilibre ? Rev Rom Physiother, 2003, 6,233-244.

35. CARON O, FAURE B, BRENIERE Y : Estimating the center ofgravity of the body on the basis of the center of pressure instanding posture. J Biomech, 1997, 30, 1169-1171.

36. LEDEBT A, BRENIERE Y : Dynamical implication of anatomi-cal and mechanical parameters in gait initiation process inchildren. Hum Mov Sci, 1994, 13, 801-815.

224 V. SILFERI, P. ROUGIER, H. LABELLE, P. ALLARD

Annexe 1 : Estimation des mouvements horizontauxdu centre de gravité (CGh).

L’utilisation de cette relation fréquentielle, décrite parCaron et al. (35), n’est en fait qu’une transposition à unebande de fréquence plus basse du concept développé initia-lement par Brenière (21) pour des tâches plus dynamiques(marche sur place, initiation du pas) et suppose que lessujets, dans cette tâche, se comportent tel un penduleinversé, ce qui permet d’assimiler les déplacements angu-laires aux mouvements horizontaux du CG. Comme on peutle voir dans la partie centrale de la figure 3, ce filtre passe-bas présente la caractéristique d’induire des déplacementsde mêmes amplitudes pour CGh et CP pour des très bassesfréquences proches de 0 Hz. A l’inverse, à mesure que lesfréquences de déplacement augmentent, l’effet du CP surCGh diminue progressivement pour devenir insignifiantautour de 3 Hz. En d’autres termes, cela signifie que desdéplacements rapides du CP (au-delà de 3 Hz) n’ont que peud’effets sur ceux de CGh mais par contre des effets signifi-catifs sur ceux de CP-CGv.

Ce rapport est donné mathématiquement par la relationsuivante :

CGh/CP = Ω02/(Ω0

2 + Ω2)où Ω est égale à 2 πf et représente la pulsation (en

rad.s– 1)Ω0 est égale à (mgh/(IG + mh2)1/2) exprimé en Hz et

représente une constante biomécanique relative à l’anthro-pométrie du sujet : ω la fréquence naturelle du corps [Bre-nière (21)]. IG, m et h représentent ici respectivement lemoment d’inertie du corps calculé par rapport au CG, lamasse des sujets et la hauteur par rapport au sol du CG. Lemoment d’inertie correspondant à la station debout étantdifférent selon les plans sagittal et frontal, deux filtres dis-tincts permettent de prendre en compte l’anthropométrie dechacun des sujets. Les valeurs de IG sont données sur cha-cune des directions ML et AP par les relations suivantes[Ledebt et Brenière (36)].

IG ML = 0,0572 m.H2 et IG AP = 0,0533 m.H2

où H représente la taille debout des sujets.

Annexe 2 : Caractérisation des spectres d’amplitudede CP-CGv et CGh.

Une fois ces différentes trajectoires estimées, un certainnombre de paramètres sont utilisés pour apprécier la contri-bution respective de chacun des mouvements élémentaireset par suite le comportement postural [Farenc et Rougier(17)]. L’un des intérêts principaux de cet outil fréquentielest de permettre la comparaison de signaux enregistrés à desfréquences ou des durées différentes. Il est néanmoinsimportant de noter que sa précision (intervalle de fréquenceséparant chacun des points constitutifs du spectre) est

dépendante de la seule durée de l’essai. Précisément, pluslongue est la durée, meilleure est la précision. Comme onpeut le voir sur la figure 6, la quantification de ces spectress’effectue ici par le calcul de deux paramètres : la root meansquare (RMS) et la fréquence de la puissance moyenne(FPM) définis mathématiquement par les formules suivan-tes :

RMS =2i = j

i = k

Ai1/2 FPM = i = j

i = k

Si × Ai /i = j

i = k

Ai

où i représente chaque classe de fréquence, j et k lesbornes respectivement inférieure et supérieure des bandesde fréquence choisies. Si est la fréquence centrale de cha-cune des classes et Ai l’amplitude de chacune des classes.La RMS présente l’avantage d’apprécier l’amplitudemoyenne des oscillations indépendamment des fréquences.La FPM, « centre de gravité » du spectre, donne des indica-tions sur d’éventuels « glissements », c’est à dire à quellesfréquences privilégiées s’effectuent les oscillations. Enfin,si des amplitudes sont encore sensibles à plus de 2 Hz pourle CP et la différence CP-CGv, justifiant une bande de fré-quence de 0 à 3 Hz pour ces signaux, il n’apparaît pasnécessaire d’aller au-delà de 0,5 Hz pour CGh.

FIG. 6. − Les deux spectres d’amplitudes des mouvements élé-mentaires de CP-CGv et de CGh se caractérisent par l’inter-médiaire de deux paramètres : la RMS et la FPM [d’aprèsRougier (34)].

CONTRÔLE POSTURAL DANS LA SCOLIOSE IDIOPATHIQUE 225