Faculté des sciences

Rehabilitation of stroke and cerebellar patients

Bashir, Shahid ; Rüegg, Dieter (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2006 ; no. 1527.

The purpose of this thesis was to investigate whether (1) the motor performance of stroke patients can be improved by training on a hand ergometer and (2) the motor performance of cerebellar patients by training on a climbing wall. The thesis consists of 3 experimental parts. The first part concerns the rehabilitation of chronic stroke patients on a hand ergometer and the development of an index... More

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    Résumé
    Le but de cette thèse est celui d’analyser, d’une part, comment la performance motrice des patients avec des attaques cérébrales peut être amélioré à travers un entraînement avec un ergomètre à bras et, d’autre part, et la performance des patients cérébelleux qui s’entraînent avec l’escalade. La thèse consiste dans trois parties expérimentales. La première partie concerne la réhabilitation des patients avec des attaques cérébrales parmi un ergomètre à bras et le développement d’un index qui puisse quantifier le degré se spasticité d’un muscle donné. La deuxième partie est un avant-projet sur les patients cérébelleux qui pratiquaient l’escalade. La troisième partie concerne l’étude principale sur les patients cérébelleux, qui se base sur les résultats obtenus dans l’avant-projet. L’objectif de la première partie est double : premièrement il s’agit d’analyser si l’entraînement avec un ergomètre à bras, sur les patients avec des attaques cérébrales, réduit la spasticité, s’il augmente la puissance du muscle et s’il augmente l’étendue du mouvement du muscle; deuxièmes il s’agit de développer une technique qui nous permet de quantifier la spasticité individuelle d’un muscle. Neuf patients avec niveau stable de hémisyndrome cérébelleux ont été soumis à un entraiment avec l’ergomètre de trois semaines pendants cinq jours/semaines. Le test sur les patients a été conduit quatre fois : une semaine avant l’entraînement, pendant l’entraînement, à la fin de celui-ci, et deux semaines après l’entraînement. La spasticité a été quantifiée à travers trois moyens: l’échelle d’Ashworth, l’extension maximale du biceps, et la torque minimale sur la partie lésinée pendant la rotation du bras. La puissance du muscle est évalué grâce au «Rivermead Motorik Assessment», au «Motrocity Index» et la puissance de la rotation; en outre, l’étendue du mouvement actif a été mesuré par la somme des inclinations maximales crées par une flexion de l’épaule, par une abduction de l’épaule, par une flexion de la coude, et par une extension de la coude. Pendant l’entraînement on a pu constater une réduction de la spasticité ainsi qu’une augmentation remarquable de la puissance du muscle et de l’étendue du mouvement. L’index de spasticité- à savoir, la relation entre la modulation de l’activité musculaire sur la partie normale et sur la partie lésinée - a montré de pouvoir être un important outil dans la quantification de la spasticité musculaire. On a pu conclure que la rotation avec un ergomètre à bras est un outil important pour la réhabilitation. L’objectif de l’avant-projet était celui d’évaluer l’amélioration de la performance motrice des patients cérébelleux suite à un entraînement en escalade sur mur artificiel. Cinq patients ont participé à un entraînement de 45 minutes par jour, pour cinq jours la semaine et sur une période de trois semaines. Chaque patient a été testé sur les suivants critères : la performance en escalade, le temps de réaction, le mouvement, et la flexion/extension de la partie supérieure du membre. Les sessions du test ont été conduites à T0, le premier jour dans la phase avant l’entraînement, à T1, trois semaines plus tard à la fin de cette phase, à T2, trois semaines après T1, à la fin de l’entraînement et à T3, trois semaines après T2. Les résultats ont montré que l’entraînement a amélioré la performance des patients dans quelques tests. On s’est aperçu, pourtant, que une partie des tests n’étaient pas adaptes à tester la performance des patients et ont donc été supprimé pour l’étude principale. Les tests d’escalade sur mur artificiel peuvent difficilement être interprétés à cause des différents niveaux de performance des patients. En outre les taches ont été adaptées avec le but de tester les déficiences cérébelleux. L’objectif de la troisième partie est similaire à celui de l’avant-projet de la deuxième partie: évaluer les effets d’un entraînement d ‘escalade de six semaines sur la performance motrice de quatre patients avec des lésions cérébrales. Les sessions de test, qui ont été conduites avant, pendant et après l’entraînement, incluaient des analyses à 3-D du mouvement du bras et jambe; ces analyses ont été effectuées sur la base des taches ciblées, des tests d’équilibre, de test sur l’habilité motrice et de l’auto-perception de symptômes. Le résultat de l’analyse montra un effet positif de l’entraînement en escalade sur la coordination de la partie supérieur et inférieur du membre. En conclusion, les deux types d’entraînement sur les deux types des patients, cités plus haut, ont montré un effet positif sur leur performance motrice. En outre, c’est envisageable de remplacer une partie des traitements de physiothérapie, d’une part, avec des exercices de rotation avec un ergomètre à bras chez les patients avec des attaques cérébrales et, d’autre part, avec l’escalade sur mur artificiel chez les patients cérébelleux.
    Summary
    The purpose of this thesis was to investigate whether (1) the motor performance of stroke patients can be improved by training on a hand ergometer and (2) the motor performance of cerebellar patients by training on a climbing wall. The thesis consists of 3 experimental parts. The first part concerns the rehabilitation of chronic stroke patients on a hand ergometer and the development of an index in order to quantify the spasticity of a given muscle. The second part is a pilot study on cerebellar patients who performed training on a climbing wall. The third part is the main study on cerebellar patients in which the results from the pilot study had been considered in the design of the test experiments. The aims of the first part were (1) to test whether training on an arm ergometer of stroke patients decreases spasticity, increases muscle force and movement range, and (2) to develop a technique to quantify individual muscle spasticity. Nine patients with a stabilized hemisyndrome underwent a 3-week training on an arm ergometer during 5 days/week. Patient testing was performed one week before training, at training onset, at the end of training and 2 weeks after training. Spasticity was quantified by (1) the Ashworth scale, (2) the maximum active extension of the biceps, and (3) the minimum torque on the lesioned side during arm cycling. Muscle force was evaluated by the Rivermead Motorik Assessment, the Motricity Index and the cycling force, and the range of active movement was quantified by the sum of the angles at a maximum shoulder flexion, shoulder abduction, elbow flexion and elbow extension. By the training, spasticity decreased, muscle force and range of movement increased significantly. The spasticity index - the relation between the muscle activity modulation on the normal and lesioned side - was shown to be a useful tool in quantifying individual muscle spasticity. It was concluded that cycling on an arm ergometer is a useful tool for rehabilitation. The objective of the second pilot study was to evaluate whether the training on a climbing wall of patients with a cerebellar lesion improves their motor performance. Five patients participated in the training, which lasted 45 min a day, during 5 days a week and over a period of 3 weeks. Each patient was tested for the climbing performance, reaction time (RT), pointing movement and flexion/extension movements of the upper limbs during test sessions which were performed (1) at T0, the first day of the pre-training phase, (2) at T1, 3 weeks later, at the end of the pre-training phase, (3) at T2, 3 weeks after T1, at the end of training period and (4) at T3, 3 weeks after T2. The results showed that the training improved the performance of the patients in some of the tests. It turned out, however, that part of the tests were not optimally adapted to test the performance of the patients and were eliminated for the main study. Mainly the tests on the climbing wall could hardly be quantified due to the different performance of the patients. Furthermore the pointing tasks were adapted with the aim to test specifically cerebellar deficiencies. The aim of the third investigation was, similar as in the second study, to evaluate the effect of a 6-week climbing training on motor control of 4 patients with cerebellar damage. Test sessions, which were taken before, during and after the training included 3-dimensional analysis of arm and leg movements during pointing tasks, clinical balance tests, motor skill tests and self-perception of symptoms. The results of this investigation showed a positive effect of the climbing training on the coordination of the upper and lower limb during pointing moments and on balance of patients with cerebellar damage. In conclusion the training of stroke patients on a hand ergometer and of cerebellar patients on a climbing wall has a positive effect on their motor performance. It should therefore be envisaged to replace some physiotherapy treatment by cycling on a hand ergometer in stroke patients and by climbing on a climbing wall in cerebellar patients.