Movement analysis of the upper limb in children with unilateral Cerebral Palsy: forearm pro- and supination.

Zoë Casier Annelore Defrancq
Ontwikkeling van een protocol met integratie van kinematische analyse en electromyografische registratie, voor het onderzoek van de bovenste lidmaatfunctie bij kinderen met een unilaterale cerebraal parese. Hierbij werden verschillende oefeningen uitgevoerd, zowel uni- als bimanueel, met een focus op pronatie en supinatie.

Aangeboren hersenverlamming, een beperking voor het leven?

Cerebraal parese
Voor velen lijkt soep eten met een lepel zeer evident, toch is dit voor sommige kinderen een grote uitdaging. Bij één tot twee per 1000 pasgeboren kinderen wordt namelijk een vorm van hersenverlamming vastgesteld, cerebraal parese (CP) genaamd. Deze term beschrijft een neurologische aandoening die noch progressief, noch volledig reversibel is en die veroorzaakt wordt door schade aan de hersenen tijdens hun ontwikkeling. Deze schade kan opgelopen zijn voor, tijdens tot zelfs 2 jaar na de geboorte.

Één van de belangrijkste oorzaken van deze schade is zuurstoftekort tijdens de hersenontwikkeling, maar ook infecties en vroeggeboorte zijn belangrijke oorzakelijke factoren. Omwille van de verschillende mogelijke oorzaken en locaties van de schade maar ook van de momenten waarop de schade kan worden opgelopen, is CP een term die een heel breed scala aan klinische presentaties omvat. De gevolgen voor het kind uiten zich vooral op het vlak van motoriek, waardoor ze belangrijke problemen ervaren bij het uitvoeren van activiteiten in het dagelijkse leven. Zaken die zeer simpel lijken, zoals een deurklink openen, zijn voor hen vaak een hele uitdaging.

De hersenschade kan gevolgen hebben voor 1 lichaamshelft of voor het hele lichaam. Indien slechts 1 lichaamshelft betrokken is, is het bovenste lidmaat vaak ernstiger aangetast. Wanneer beide lichaamshelften getroffen zijn, is de aantasting van de onderste ledematen vaak het ergst. In totaal is bij 60% van de kinderen het bovenste lidmaat betrokken. Hierdoor ervaren zij sterke bewegingsbeperkingen en worden hun bewegingen minder vlot en minder snel uitgevoerd. Het bovenste lidmaat wordt gebruikt voor allerlei taken, zoals het grijpen naar en loslaten van voorwerpen. Ook in communicatie en hygiëne speelt het een belangrijke rol. Omwille van de grote verscheidenheid aan klinische presentaties bij CP, is een behandeling op maat van elk kind dan ook van groot belang.

Belang van de studie
In tegenstelling tot het onderste lidmaat, waarvoor reeds een objectief onderzoek aan de hand van 3D-reconstructies en registratie van spieractiviteit bestaat, is er nog geen standaardonderzoek voor de functie van het bovenste lidmaat. Door de grotere bewegingsvrijheid is het veel complexer om de bovenste lidmaatfunctie in kaart te brengen. Tot op heden bestaan hiervoor enkel subjectieve classificatiesystemen die louter gebaseerd zijn op observaties. Hierdoor is het niet mogelijk om de eventuele winst van therapie kwantitatief vast te stellen.

In deze studie werd ingezoomd op de pro- en supinatiebeweging van de arm. Wanneer men uitgaat van de neutrale positie, d.i. met de elleboog tegen het lichaam 90° geplooid en de hand met de duim omhoog, is supinatie de beweging waarbij de handpalm naar boven gedraaid wordt. Pronatie is het draaien van de handpalm naar beneden toe.           
Kinderen met CP hebben voornamelijk moeite met het supineren. Door enkel op de pro- en supinatiebeweging te focussen werd de complexiteit van bewegen in het bovenste lidmaat geminimaliseerd. Zoals bij het onderste lidmaat werd ook hier gebruik gemaakt van kinematische modellen gebaseerd op 3D-input en registratie van spieractiviteit. Dit met als uiteindelijke doel de therapie optimaal te kunnen richten op de specifieke noden van elk kind en hun integratie in de maatschappij te bevorderen.

Methode en protocol
Dankzij retroreflectieve markers, geplaatst op anatomische referentiepunten, kunnen de bewegingen van het kind met 3D-camera’s gevolgd worden. Ook de spieractiviteit wordt gedurende het hele onderzoek geregistreerd. Zo kan gemeten worden of er spasticiteit optreedt, wat een vlotte coördinatie tussen de spieren onderling belemmert en het maken van vloeiende bewegingen beperkt.

Aan de hand van verschillende eenvoudige en makkelijk te herhalen oefeningen wordt de beperking in kaart gebracht. Sommige oefeningen testen eerst de niet-aangetaste en vervolgens de aangetaste zijde, bij andere oefeningen worden beide zijden tegelijk onderzocht. Zo kan de coördinatie van beweging en de mate waarin de niet-aangetaste zijde compenseert voor de aangetaste zijde gekwantificeerd worden.          
In totaal worden 4 oefeningen herhaaldelijk uitgevoerd, elk met een andere focus. Er wordt gestart met een oefening die zuiver de pro- en supinatie beweging evalueert. Vervolgens gaat men over naar een oefening waarbij de focus op snelheid ligt. In de derde oefening wordt gepeild naar het functioneren waarbij het kind gevraagd wordt de hand in supinatie naar het hoofd te brengen. Dit is namelijk een belangrijke dagdagelijkse handeling, denk maar aan je haren kammen of eten. Tot slot wordt naar de bimanuele coördinatie gekeken.

Om enkel de klinisch belangrijke data te extraheren uit dit onderzoek, dienen relevante parameters te worden vastgelegd. De belangrijkste parameter voor dit onderzoek is de bewegingsboog. Hierbij wordt het aantal graden pro- en supinatie in kaart gebracht. Ook de snelheid en vlotheid van bewegen worden aan de hand van wiskundige formules onderzocht.

Resultaten
Het gehele protocol werd toegepast op 12 kinderen met een eenzijdige CP tussen 6 en 14 jaar oud die volgens leeftijd en geslacht gekoppeld werden aan 12 normaal ontwikkelende kinderen. Bij de vergelijking van de data wordt een duidelijk verschil gezien tussen de aangetaste zijde van het kind met CP en zijn controle voor alle vooropgestelde parameters. Ook tussen de aangetaste en de niet-aangetaste zijde van het kind met CP is een verschil duidelijk merkbaar. Het ontworpen protocol is dus in staat om op een objectieve en kwantitatieve manier de beperkingen van de pro-supinatie beweging van een kind met éénzijdige CP in kaart te brengen. Dit zou gebruikt kunnen worden om therapeutische interventies te sturen en aan te passen aan de individuele noden van elke patiënt. Verder onderzoek over hoe dit precies in de klinische praktijk kan worden toegepast is echter vereist. Het staat wel vast dat dit onderzoek reeds een stap in de goede richting is naar een optimaal beleid voor kinderen met een aangeboren hersenverlamming.

Bibliografie
  1. De Bruin M, Veeger H.E.J., Kreulen M, Smeulders M.J.C., Bus S.A. Biceps brachii can add to performance of tasks requiring supination in cerebral palsy patients. JOURNAL OF ELECTROMYOGRAPHY AND KINESIOLOGY 2013;23(2):516–522.
  2. Fairhurst C. Cerebral palsy: the whys and hows. ARCHIVES OF DISEASE IN CHILDHOOD 2012;97(4):122–131.
  3. Lemmens R.J.M., Janssen-Potten Y.J.M., Timmermans A.A.A., Defesche A, Smeets R.J.E.M., Seelen H.A.M. Arm hand skilled performance in cerebral palsy: activity preferences and their movement components. BMC NEUROLOGY 2014;14(1):52.
  4. Badawi N, Watson L, Petterson B, Blair E, Slee J, Haan E, et al. What constitutes cerebral palsy? DEVELOPMENTAL MEDICINE & CHILD NEUROLOGY 1998;40(8):520–527.
  5. Aisen M.L., Kerkovich D, Mast J, Mulroy S, Wren T.A.L., Kay R.M., et al. Cerebral palsy: Clinical care and neurological rehabilitation. THE LANCET NEUROLOGY 2011;10(9):844–852.
  6. Colver A, Fairhurst C, Pharoah P.O.D. Cerebral palsy. THE LANCET 2014;383:1240–1249.
  7. Chin T.Y.P., Duncan J.A., Johnstone B.R., Graham H.K. Management of the upper limb in cerebral palsy. JOURNAL OF PEDIATRIC ORTHOPAEDICS 2005;14(6):389–404.
  8. Papavasiliou A.S. Management of motor problems in cerebral palsy: A critical update for the clinician. EUROPEAN JOURNAL OF PAEDIATRIC NEUROLOGY 2009;13(5):387–396.
  9. Cans C, Dolk H, Platt M.J., Colver A, Prasauskiene A, Krageloh-Mann I, et al. Recommendations from the SCPE collaborative group for defining and classifying cerebral palsy. DEVELOPMENTAL MEDICINE AND CHILD NEUROLOGY. SUPPLEMENT. 2007;109:35–38.
  10. Cans C. Surveillance of cerebral palsy in Europe: a collaboration of cerebral palsy surveys and registers. DEVELOPMENTAL MEDICINE AND CHILD NEUROLOGY 2000;42(12):816–824.
  11. Franco de Moura R.C., Almeida C.S., Dumont A.J.L., Lazzari R.D., Lopes J.B.P., Duarte N.A. de C, et al. Kinematic upper limb evaluation of children and adolescents with cerebral palsy: a systematic review of the literature. JOURNAL OF PHYSICAL THERAPY SCIENCE 2016;28(2):695–700.
  12. Mackey A.H., Walt S.E., Stott N.S.. Deficits in upper-limb task performance in children with hemiplegic cerebral palsy as defined by 3-dimensional kinematics. ARCHIVES OF PHYSICAL MEDICINE AND REHABILITATION 2006;87(2):207–215.
  13. Holmefur M, Krumlinde-Sundholm L, Bergström J, Eliasson A.C.. Longitudinal development of hand function in children with unilateral cerebral palsy. DEVELOPMENTAL MEDICINE AND CHILD NEUROLOGY 2010;52(4):352–357.
  14. Krägeloh-Mann I, Cans C. Cerebral palsy update. BRAIN AND DEVELOPMENT 2009;31(7):537–544.
  15. Makki D, Duodu J, Nixon M. Prevalence and pattern of upper limb involvement in cerebral palsy. JOURNAL OF CHILDREN'S ORTHOPAEDICS 2014;8(3):215–219.
  16. Staudt M. Brain Plasticity Following Early Life Brain Injury: Insights From Neuroimaging. SEMINARS IN PERINATOLOGY 2010;34(1):87–92
  17. Arner M, Eliasson A.C., Nicklasson S, Sommerstein K, Hägglund G. Hand Function in Cerebral Palsy. Report of 367 Children in a Population-Based Longitudinal Health Care Program. THE JOURNAL OF HAND SURGERY 2008;33(8):1337–1347.
  18. Eyre J.A.. Corticospinal tract development and its plasticity after perinatal injury. NEUROSCIENCE & BIOBEHAVIORAL REVIEWS 2007;31(8):1136–1149.
  19. Chaleat-Valayer E, Bard-Pondarre R, Ganne C, Roumenoff F, Combey A, Bernard J.C.. Relation between unimanual capacities and bimanual performance in hemiplegic cerebral palsied children: Impact of synkinesis. EUROPEAN JOURNAL OF PAEDIATRIC NEUROLOGY 2015;19(2):193–201.
  20. Johnson A, SCPE. Prevalence and characteristics of children with cerebral palsy in Europe. DEVELOPMENTAL MEDICINE & CHILD NEUROLOGY 2002;44(9):633–640.
  21. Jaman P. Neurological disease. In: CLINICAL MEDICINE, Kumar P, Clark M. Eight edit. London: Elsevier Ltd; 2012. p. 1067–1153.
  22. Fedrizzi E, Pagliano E, Andreucci E, Oleari G. Hand function in children with hemiplegic cerebral palsy: prospective follow-up and functional outcome in adolescence. DEVELOPMENTAL MEDICINE & CHILD NEUROLOGY 2003;45(2):85–91.
  23. Jackman M, Novak I, Lannin N. Effectiveness of hand splints in children with cerebral palsy: A systematic review with meta-analysis. DEVELOPMENTAL MEDICINE & CHILD NEUROLOGY 2014;56(2):138–147.
  24. Jaspers E, Desloovere K, Bruyninckx H, Klingels K, Molenaers G, Aertbeliën E, et al. Three-dimensional upper limb movement characteristics in children with hemiplegic cerebral palsy and typically developing children. RESEARCH IN DEVELOPMENTAL DISABILITIES 2011;32(6):2283–2294.
  25. Jaspers E, Feys H, Bruyninckx H, Cutti A, Harlaar J, Molenaers G, et al. The reliability of upper limb kinematics in children with hemiplegic cerebral palsy. GAIT & POSTURE 2011;33(4):568–575.
  26. Wagner L V., Davids J.R. Assessment tools and classification systems used for the upper extremity in children with cerebral palsy. CLINICAL ORTHOPAEDICS AND RELATED RESEARCH 2012;470(5):1257–1271.
  27. Greaves S, Imms C, Dodd K, Krumlinde-Sundholm L. Assessing bimanual performance in young children with hemiplegic cerebral palsy: a systematic review. DEVELOPMENTAL MEDICINE & CHILD NEUROLOGY 2010;52(5):413–421.
  28. De Los Reyes-Guzmán A, Dimbwadyo-Terrer I, Trincado-Alonso F, Monasterio-Huelin F, Torricelli D, Gil-Agudo A. Quantitative assessment based on kinematic measures of functional impairments during upper extremity movements: A review. CLINICAL BIOMECHANICS 2014;29(7):719–727.
  29. Caimmi M, Guanziroli E, Malosio M, Pedrocchi N, Vicentini F, Tosatti LM, et al. Normative Data for an Instrumental Assessment of the Upper-Limb Functionality. BIOMED RESEARCH INTERNATIONAL 2015
  30. Rau G, Disselhorst-Klug C, Schmidt R. Movement biomechanics goes upwards: From the leg to the arm. JOURNAL OF BIOMECHANICS 2000;33(10):1207–1216.
  31. Jaspers E, Feys H, Bruyninckx H, Harlaar J, Molenaers G, Desloovere K. Upper limb kinematics: Development and reliability of a clinical protocol for children. GAIT & POSTURE 2011;33(2):279–285.
  32. Wu G, Van Der Helm F.C.T., Veeger H.E.J., Makhsous M, Van Roy P, Anglin C, et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of various joints for the reporting of human joint motion - Part II: Shoulder, elbow, wrist and hand. JOURNAL OF BIOMECHANICS 2005;38(5):981–992.
  33. Assi A, Bakouny Z, Karam M, Massaad A, Skalli W, Ghanem I. Three-dimensional kinematics of upper limb anatomical movements in asymptomatic adults: Dominant vs. non-dominant. HUMAN MOVEMENT SCIENCE 2016;50:10–18.
  34. Kontaxis A, Cutti A.G., Johnson G.R., Veeger H.E.J. A framework for the definition of standardized protocols for measuring upper-extremity kinematics. CLINICAL BIOMECHANICS 2009;24(3):246–253.
  35. Sarcher A, Raison M, Ballaz L, Lemay M, Leboeuf F, Trudel K, et al. Impact of muscle activation on ranges of motion during active elbow movement in children with spastic hemiplegic cerebral palsy. CLINICAL BIOMECHANICS 2015;30(1):86–94.
  36. Ferdjallah M, Wertsch J.J. Anatomic and Technical Considerations in Surface Electromyography. PHYSICAL MEDICINE REHABILITATION CLINICS OF NORTH AMERICA 1998;9(4):925-931.
  37. Grood E.S., Suntay W.J. A joint coordinate system for the clinical description of three-dimensional motions: application to the knee. JOURNAL OF BIOMECHANICAL ENGINEERING 1983;105(2):136–144.
  38.  Medical Research Council: Aids to the examination of the peripheral nervous system. Published in 1975. Collected on 3 december 2017, from https://www.mrc.ac.uk/research/facilities-and-resources-for-researchers…
Universiteit of Hogeschool
Master of medicine in de geneeskunde
Publicatiejaar
2018
Promotor(en)
Prof. dr. Frank Plasschaert; Dr. Sophie Lauwagie
Kernwoorden