Modélisation et simulations personnalisées pour le diagnostic différentiel de la dypénie : étude sur des patients atteints d'arthrose (ForceLoss II)
ForceLoss : Partie II - Patients arthrosiques. Développement et validation de méthodes pour générer des modèles personnalisés pour le diagnostic différentiel de la perte de force musculaire
L'étude ForceLoss vise à développer des procédures de modélisation et de simulation personnalisées pour permettre le diagnostic différentiel de la perte de force musculaire, à savoir la dynapénie. Les principales causes de la dynapénie peuvent être identifiées dans une sarcopénie diffuse ou sélective, un manque d'activation (inhibition) ou un contrôle moteur sous-optimal. Chacune de ces causes nécessite des interventions différentes, mais un diagnostic différentiel fiable est actuellement impossible. Alors que les instruments et outils biomédicaux peuvent fournir des informations précieuses, il est souvent laissé à l'expérience du seul clinicien d'intégrer ces informations dans un tableau diagnostique complet. Un diagnostic précis de la dynapénie est important pour un certain nombre de pathologies, notamment les maladies neurologiques, la fragilité liée à l'âge, le diabète et les affections orthopédiques.
L'hypothèse est que l'utilisation de modèles mécanistes spécifiques au sujet (jumeaux numériques) pour simuler une tâche d'extension isométrique maximale du genou, éclairée par des mesures expérimentales, peut être utilisée pour effectuer un diagnostic différentiel robuste de la dynapénie.
Dans cette étude, sur des patients candidats à une arthroplastie du genou, les investigateurs vont étendre (i) le protocole expérimental précédemment développé et testé sur des volontaires sains avec une mesure de la contraction musculaire involontaire (stimulation électrique neuromusculaire superposée, SNMES), un test de préhension, mesures de bio-impédance et questionnaires cliniques, et (ii) le cadre de modélisation et de simulation pour inclure une étape supplémentaire (pour vérifier l'inhibition musculaire).
Des données d'imagerie médicale, d'électromyographie (EMG) et de dynamométrie seront collectées et combinées pour informer un jumeau numérique de chaque participant. Des simulations informatiques biomécaniques d'une tâche de contraction isométrique volontaire maximale (MVIC) seront ensuite effectuées. En comparant les estimations des modèles aux mesures de dynamométrie in vivo et aux données EMG, les chercheurs testeront une par une les trois causes possibles de dynapénie et, par un processus de falsification d'hypothèses, excluront celles qui n'expliquent pas la perte de force musculaire observée.
Aperçu de l'étude
Statut
Les conditions
Intervention / Traitement
Type d'étude
Inscription (Réel)
Phase
- N'est pas applicable
Contacts et emplacements
Lieux d'étude
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Bologna, Italie, 40136
- IRCCS Istituto Ortopedico Rizzoli
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Critères de participation
Critère d'éligibilité
Âges éligibles pour étudier
Accepte les volontaires sains
La description
Critère d'intégration:
- Diagnostic d'arthrose primitive du genou (selon les critères de l'American College of Rheumatology), sujets élus pour une arthroplastie totale du genou
- Indice de masse corporelle entre 18,5 et 30 kg/m2
- État de santé (selon la classification de l'American Society of Anesthesiology) égal à 1 ou 2
- Suspicion de sarcopénie systémique due au vieillissement ou de sarcopénie localisée due à l'inutilisation
Critère d'exclusion:
- Maladies neurologiques, rhumatismales ou tumorales
- Hernie inguinale ou abdominale
- Diabète
- Hypertension sévère (niveau 3)
- Insuffisance cardio-pulmonaire sévère
- Diagnostic de l'ostéonécrose des articulations des membres inférieurs
- Pathologies ou conditions physiques incompatibles avec l'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique et de l'électrostimulation (i.e. dispositifs biomédicaux implantés actifs et passifs, épilepsie, insuffisance veineuse sévère des membres inférieurs)
- Interventions ou traumatismes antérieurs aux articulations du membre inférieur
Plan d'étude
Comment l'étude est-elle conçue ?
Détails de conception
- Objectif principal: Diagnostique
- Répartition: N / A
- Modèle interventionnel: Affectation à un seul groupe
- Masquage: Aucun (étiquette ouverte)
Armes et Interventions
Groupe de participants / Bras |
Intervention / Traitement |
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Autre: Patients souffrant d'arthrose du genou
Patients candidats à une arthroplastie du genou ; Âge : 65-80 ans ; Indice de masse corporelle : 18,5-30 kg/m² ; Classement ASA : 1 ou 2 ; Diagnostic d'arthrose primaire au niveau du genou ; Suspicion de sarcopénie.
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Des images de résonance magnétique, des données d'électromyographie et de dynamométrie seront utilisées pour développer et informer des modèles musculo-squelettiques personnalisés
Autres noms:
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Que mesure l'étude ?
Principaux critères de jugement
Mesure des résultats |
Description de la mesure |
Délai |
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Volume musculaire
Délai: au départ (jour 0)
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Les données IRM complètes des membres inférieurs seront acquises avec des sujets en décubitus dorsal.
Les volumes musculaires individuels (en cm3) seront segmentés à l'aide d'un logiciel commercial et stockés sous forme anonymisée.
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au départ (jour 0)
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Couple MVIC
Délai: au départ (jour 0)
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Les données dynamométriques seront acquises pendant que les participants effectueront un test d'extension de jambe MVIC.
Les valeurs maximales de couple (Nm) mesurées sur trois répétitions seront enregistrées.
Celles-ci correspondent aux valeurs observées en correspondance des paliers de force, développés sur une contraction soutenue.
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au départ (jour 0)
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Niveau d'inhibition musculaire
Délai: au départ (jour 0)
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La différence entre la force maximale exercée lors du test MVIC (contraction volontaire) et celle obtenue lorsque les muscles sont stimulés électriquement (contraction involontaire) sera calculée.
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au départ (jour 0)
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Indice de co-contraction (CCI)
Délai: au départ (jour 0)
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Les données expérimentales EMG seront enregistrées à partir des principaux muscles des membres inférieurs impliqués dans l'extension du genou, tandis que les participants effectueront une contraction isométrique volontaire maximale sur un dynamomètre (c'est-à-dire un test MVIC pour quantifier la force musculaire). L'indice de co-contraction, défini comme l'activation relative des muscles agonistes et antagonistes (pour cette tâche : quadriceps et ischio-jambiers) dans l'acte de coup de pied (test MVIC), sera calculé selon Li et al (2020). |
au départ (jour 0)
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Collaborateurs et enquêteurs
Parrainer
Les enquêteurs
- Chercheur principal: Marco Viceconti, Professor, IRCCS Istituto Ortopedico Rizzoli
Publications et liens utiles
Publications générales
- Hermens HJ, Freriks B, Disselhorst-Klug C, Rau G. Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures. J Electromyogr Kinesiol. 2000 Oct;10(5):361-74. doi: 10.1016/s1050-6411(00)00027-4.
- Pons C, Borotikar B, Garetier M, Burdin V, Ben Salem D, Lempereur M, Brochard S. Quantifying skeletal muscle volume and shape in humans using MRI: A systematic review of validity and reliability. PLoS One. 2018 Nov 29;13(11):e0207847. doi: 10.1371/journal.pone.0207847. eCollection 2018.
- Rice DA, McNair PJ. Quadriceps arthrogenic muscle inhibition: neural mechanisms and treatment perspectives. Semin Arthritis Rheum. 2010 Dec;40(3):250-66. doi: 10.1016/j.semarthrit.2009.10.001. Epub 2009 Dec 2.
- Fernandez J, Zhang J, Heidlauf T, Sartori M, Besier T, Rohrle O, Lloyd D. Multiscale musculoskeletal modelling, data-model fusion and electromyography-informed modelling. Interface Focus. 2016 Apr 6;6(2):20150084. doi: 10.1098/rsfs.2015.0084.
- Petterson SC, Barrance P, Buchanan T, Binder-Macleod S, Snyder-Mackler L. Mechanisms underlying quadriceps weakness in knee osteoarthritis. Med Sci Sports Exerc. 2008 Mar;40(3):422-7. doi: 10.1249/MSS.0b013e31815ef285.
- Manini TM, Clark BC. Dynapenia and aging: an update. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2012 Jan;67(1):28-40. doi: 10.1093/gerona/glr010. Epub 2011 Mar 28.
- O'Brien TD, Reeves ND, Baltzopoulos V, Jones DA, Maganaris CN. The effects of agonist and antagonist muscle activation on the knee extension moment-angle relationship in adults and children. Eur J Appl Physiol. 2009 Aug;106(6):849-56. doi: 10.1007/s00421-009-1088-4. Epub 2009 May 27.
Dates d'enregistrement des études
Dates principales de l'étude
Début de l'étude (Réel)
Achèvement primaire (Réel)
Achèvement de l'étude (Réel)
Dates d'inscription aux études
Première soumission
Première soumission répondant aux critères de contrôle qualité
Première publication (Réel)
Mises à jour des dossiers d'étude
Dernière mise à jour publiée (Réel)
Dernière mise à jour soumise répondant aux critères de contrôle qualité
Dernière vérification
Plus d'information
Termes liés à cette étude
Mots clés
Termes MeSH pertinents supplémentaires
Autres numéros d'identification d'étude
- ForceLoss II
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