Lack of recovery of left-right symmetry during prolonged asymmetrical locomotion in the intact and chronic spinal-transected adult cat

La coordination des membres est un élément essentiel pour la marche terrestre chez les mammifères. Les mécanismes neuronaux et biomécaniques s'ajustent pour assurer le maintien d'un équilibre dynamique dans un environnement changeant. Lorsque le système est confronté à une perturbation persistante, la coordination des membres s'adapte. L'adaptation est définie comme un recalibrage du mouvement en réponse à une perturbation persistante ainsi que la présence d'après-effets une fois la perturbation disparue, ce qui indique que le nouveau patron a été entreposé dans le système nerveux central. Chez l'homme, le patron locomoteur s'adapte à une marche prolongée sur un tapis roulant partitionné, où l’une des jambes marche à une vitesse supérieure à l'autre, en rétablissant progressivement la symétrie des variables inter-jambes: périodes de double support et des longueurs des pas, ainsi qu’en réduisant l'amplitude de l'activité musculaire (EMG, électromyographie). L’objectif de notre étude était de déterminer si des chats intacts et des chats ayant subis une lésion complète de la moelle épinière (chat spinalisé) s’adaptent à la marche partitionnée prolongée. Pour caractériser l’adaptation locomotrice chez le chat intact et spinalisé, une prise de données cinématiques et électromyographiques des membres postérieurs a été effectuée chats intacts et les chats spinalisés, les longueurs de pas et les périodes de doubles supports étaient, en moyenne, symétriques, pendant la locomotion sur tapis roulant non-partitionné, et sont devenus asymétriques lors de la locomotion sur tapis roulant partitionné. Ces mesures inter-jambes sont demeurées asymétriques tout au long de la période de marche sur tapis roulant partitionné. Au retour à la marche sur tapis roulant non-partitionné, la symétrie a été immédiatement restaurée sans la présence d’après-effets. Chez les chats intacts, l'amplitude EMG moyenne des extenseurs a augmenté pendant la locomotion sur tapis roulant partitionné et elle est restée augmentée tout au long de cette période, alors que chez les chats spinalisés, l'amplitude EMG des membres postérieurs n'a pas changé. Ces résultats indiquent qu’il n’y a pas d’adaptation locomotrice chez le chat intact et spinalisé, ce qui suggère une importante différence physiologique dans le contrôle de la locomotion entre les chats et les humains lors d’une marche asymétrique prolongée. Par conséquent, nous proposons que la symétrie gauchedroite ne s’avère pas importante pour maintenir un équilibre dynamique pendant la locomotion asymétrique prolongée chez le chat, un quadrupède, comparé à l’humain adulte, un bipède.

Abstract : Coordination of the limbs is an essential component of terrestrial locomotion in mammals. When the system is confronted with persistent perturbations from the environment, the interlimb pattern learns to adapt. Adaptation is defined as a recalibration of the movement in response to a persistent perturbation as well as the presence of after-effects upon removal of the perturbation, indicating storage of the new pattern within the central nervous system. In humans, the pattern adapts to prolonged locomotion on a split-belt treadmill, where one leg steps faster than the other, by gradually restoring the symmetry of interlimb variables (double support periods, step lengths) and by reducing the amplitude of muscle activity (EMG, electromyography). The adaptation is also characterized by a reversal of the asymmetry of interlimb kinematic variables initially observed during the early split-belt period when returning to tied-belt locomotion (i.e. an after-effect). To assess the presence of locomotor adaptation, we measured intralimb (stance durations) and interlimb (double support periods, step lengths) variables bilaterally as well as EMG in the hindlimbs of intact and spinal-transected cats before, during and after 10 mins of split-belt locomotion. In both intact and spinal cats, step lengths and double support periods were, on average, symmetric, during tied-belt locomotion, and became asymmetric during split-belt locomotion. These interlimb variables remained asymmetrical throughout the split-belt period and upon returning to the tied-belt condition, left-right symmetry was immediately restored. In intact cats, the mean EMG amplitude of extensors increased during split-belt locomotion and remained increased throughout the split-belt period, while in spinal cats, hindlimb EMG amplitude did not change. The results indicate a lack of adaptation during prolonged split-belt locomotion in intact and spinal cats, suggesting an important physiological difference in the control of locomotion between cats and humans during prolonged asymmetric stepping. We propose that restoring left-right symmetry is not important to maintain dynamic balance during prolonged asymmetrical locomotion in the cat, a quadruped, as opposed to the adult human, a biped.