anatomie fonctionnelle du pied et de la cheville de l’adulte

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ARTICLE IN PRESSG ModelONRHU-239; No. of Pages 10

Revue du rhumatisme monographies xxx (2014) xxx–xxx

Disponible en ligne sur

ScienceDirectwww.sciencedirect.com

natomie fonctionnelle du pied et de la cheville de l’adulte

unctionnal anatomy of adult foot and ankle

ichel Maestro ∗, Bruno FerreM2S, 11, avenue d’Ostende, 98000 Monaco, Monaco

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istorique de l’article :ccepté le 3 mars 2014isponible sur Internet le xxx

ots clés :iomécanique pied et chevillenatomie fonctionnelle pied et cheville

r é s u m é

Le pied articulé au membre inférieur par la cheville (articulation talo-fibulo-crurale) est un organe d’uneextrême complexité, caractérisé par ses multiples morphotypes et ses variations anatomiques. Il estcapable de supporter, diriger et propulser le poids du corps souvent multiplié et parfois jusqu’à un facteurdouze par les conditions dynamiques, heureusement pendant des temps très brefs, mais répétitifs. Sastructure est voutée à la fois longitudinalement et transversalement, verticale en arrière et étalée enavant, elle est ainsi vrillée en hélice. Elle est maintenue par de multiples interconnections fibreuses etmusculo ligamentaires qui assurent une précontrainte ainsi que son animation. Les 38 articulations et28 muscles (intrinsèques et extrinsèques) permettent une déformabilité adaptative et une rigidificationquasi instantanée des bras de leviers nécessaires pour propulser le corps. Le thérapeute qui est amenéà soigner cet organe, se doit de connaître son fonctionnement en étudiant sa physiologie, mais aussi lamarche et autres moyens de déambulation. Le pied doit être plantigrade, souple, mobile, fort et stable.Plantigradie et stabilité avec alignement sous le membre inférieur sont les trois prérequis pour permettreun minimum de déambulation. Connaître son fonctionnement dans ses « rouages » intimes est difficile etdemande des technologies de pointe (par exemple acquisition des données individuelles utilisées commeDATA pour alimenter un logiciel de simulation par éléments finis). Parmi tous les concepts énoncésjusque-là pour expliquer son fonctionnement et opérer sur celui-ci, le concept de biotensegrité sembleaujourd’hui le plus abouti pour comprendre le fonctionnement de ce merveilleux et étonnant organe surun individu donné. Ce concept permet de sortir du modèle du « pied idéal » auquel on voudrait référer lepied pathologique une fois traité.

© 2014 Société franc aise de rhumatologie. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

eywords:iomechanics foot and ankleoot and ankle functional anatomy

a b s t r a c t

The foot articulated at the ankle joint (fibulo-talo-crural joint) to the lower limb is an organ of extremecomplexity, characterized by its multiple morphotypes and anatomical variations. It is able to support,direct and propel the body weight often times and sometimes up to a factor of twelve by the dynamicconditions, fortunatetly for very short times but repetitive. Its structure is arched both longitudinally andtransversely, and back vertical spread forward, and it is helically twisted. It is maintained by multipleinterconnections fibrous links aponevrosis, ligament, and muscle that provide preconstrained or preloa-
ded and its animation. 38 joints and 28 muscles (intrinsic and extrinsic) enable adaptive and deformabilityalmost instantaneous stiffening lever arms needed to propel the body. The therapist that is required totreat this organ must know how it works by studying its physiology but also walking and other modesof ambulation. The foot should be plantigrade, flexible, mobile, strong and stable. “Plantigradie” and sta-bility in alignment with the lower limb are the three prerequisites to allow a minimum of walking. See
kwork” intimate is difficult and requires advanced technology (e.g acquisition
how it works in his “Cloc
Pour citer cet article : Maestro M, Ferre B. Anatomie fonctionnelle du pied et de la cheville de l’adulte. Revue du rhumatisme monogra-phies (2014), http://dx.doi.org/10.1016/j.monrhu.2014.03.001

of personal data used as DATA for supplying a software simulation by finite elements). Of all the concepts

∗ Auteur correspondant.Adresse e-mail : [email protected] (M. Maestro).

http://dx.doi.org/10.1016/j.monrhu.2014.03.001878-6227/© 2014 Société franc aise de rhumatologie. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

dx.doi.org/10.1016/j.monrhu.2014.03.001


http://www.sciencedirect.com/science/journal/18786227

mailto:[email protected]


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outlined so far to explain its functioning and operate on it, the concept of biotensegrity now seems themost successful in understanding the operation of this wonderful and amazing body of an individual. Thisconcept allows to leave the model of the “ideal foot” or foot type to which we would refer the pathologicalfoot once processed.

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. Introduction

Le vivant est caractérisé par une activité ininterrompue et’adaptation permanente à de nouvelles conditions nécessitant des’efforts d’intensité variable. Le pied doit principalement suppor-er le poids du corps [1] et transférer la charge corporelle durant la

arche bipède, il doit aussi permettre différentes allures et diversodes de locomotion ainsi que d’autres prouesses.Pour réagir, transmettre les mouvements et les forces, le pied

oit être capable de se déformer. Cela implique des capacités deerrouillage articulaire pour se rigidifier mais aussi de relaxationuasi instantanées pour se relâcher et de nouveau s’adapter et ainsie suite.

Le pied est aussi grâce à son système neuro-tendino-musculairene entité créatrice de mouvements ainsi que le premier organeensoriel pour l’équilibration [2]. Dans la chaîne cinématique duembre inférieur c’est à dire l’enchaînement ostéo-articulaire

ntre le bassin et les orteils, il y a 33 niveaux articulaires pour le piedt 3 seulement pour le reste du membre inférieur avec la hanche,e genou et la cheville.

Cela sous-entend une complexité structurelle qui est nécessaireour aboutir à des mouvements simples, mais efficaces dans toutes

es circonstances.Le pied possède son organisation spatiale définitive dès le 3e

ois de la vie intra-utérine. La position d’adduction-supination ini-ialement induite par la croissance du versant fibulaire ayant étéorrigée par la poussée de croissance du versant tibial. Sa forme’apparente alors à une hélice avec un empilement vertical (talusur calcaneus) pour l’arrière pied et un étalement horizontal poures cinq orteils. Entre les deux, le médio-pied dont la biomécaniquene est encore mal connue, subit une torsion telle que sa partieédiale reste à distance du sol au niveau de la voûte plantaire

Fig. 1). Cette hélice est déformable soit en se vrillant (inversion)

Pour citer cet article : Maestro M, Ferre B. Anatomie fonctionnelle du pphies (2014), http://dx.doi.org/10.1016/j.monrhu.2014.03.001

oit en se dévrillant (éversion). La tension des parties molles assurene précontrainte structurelle et permet d’expliquer la position

Fig. 1. Architecture osteo-articulaire du pied.

e de rhumatologie. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

d’inversion spontanée du pied en décharge qui se trouve alors enchaîne cinématique ouverte.

La phase portante du pas durant laquelle la chaîne cinéma-tique se ferme sur l’appui au sol, dure environ 600 à 800 ms et lechoc talonnier est très bref, à peine 40 ms. Devant des séquencestemporelles aussi furtives, on comprend la difficulté d’analyse desmouvements articulaires fins, quasiment instantanés et souventsimultanés dans des volumes réduits et souvent inaccessibles invivo. L’observation et l’examen clinique bien qu’incontournablestrouvent très vite leur limite pour l’analyse fine des mouvementsdu jeu des ligaments et des muscles, ainsi que la répartition desforces dans les structures.

Cela demeure pourtant indispensable afin de comprendre lesmécanismes de verrouillage-déverrouillage articulaire et lorsquel’on aborde le champ pathologique. Il faudra donc faire appel àdes technologies sophistiquées comme : les méthode radiologiquede mesures tridimensionnelles, l’analyse quantifiée de la marche(AQM), la baropodométrie dynamique, et plus récemment l’IRMdynamique [3] et les méthodes en éléments finis.

Il existe beaucoup de variations anatomiques et de morphotypesindividuels ce qui rend caduque aujourd’hui les classiques notionsde pied « idéal » ou foot type. Chaque sujet possédant sa propreorganisation anatomique qui doit être apte à remplir le cahier descharges fonctionnel. Le pied et la cheville présentent une patholo-gie très riche souvent spécifique mais pouvant être aussi impliquésdans des pathologies générales, métaboliques ou inflammatoirespar exemple. L’examen clinique sera plus aisé s’il est pratiqué avecune vision biomécanique, ce qui aidera aussi au diagnostic et autraitement éventuel.

2. Les mouvements du pied et de la cheville

Le membre inférieur qui est vertical transmet ses mouvementsau pied qui est horizontal par l’intermédiaire de la cheville etinversement. Étant donné que tous les muscles du pied sauf lesinter-osseux sont bi- ou poly-articulaires, les mouvements articu-laires deviennent ainsi combinés.

Ce sont l’inversion et l’éversion du pied soit respectivementvarus-supination, adduction-flexion plantaire et valgus-pronation,abduction-flexion dorsale (Fig. 2). Avec l’inversion, le pied se rac-courcit et il s’allonge à l’éversion.

Si le varus et le valgus s’entendent bien pour le calcaneus etl’arrière pied (continuité verticale du membre inférieur), par contrepar analogie avec la main, les termes de supination et pronationsont plus couramment utilisés pour l’avant-pied.

Au niveau de l’avant-pied : en prenant comme référence pour lamobilité des orteils le 2e métatarsien (M2), le rapprochement desorteils vers M2 est l’adduction et l’éloignement par rapport à M2 estl’ abduction (Fig. 3).

Le processus de vieillissement se traduit normalement par unenraidissement avec diminution de la capacité de mouvementsdans tous les plans mais en préservant ceux du plan sagittal [4]

ied et de la cheville de l’adulte. Revue du rhumatisme monogra-

nécessaires aux fonctions des pivots de locomotion qui sont :

• talon-sol ;• cheville ;



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Fig. 2. Éversion–inversion.

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Fig. 4. Les pivots de la marche.

Fig. 3. Mouvements des orteils : le 2e rayon est la référence.

parabole des articulations métatarso-phalangiennes ;inter-phalangienne de l’hallux-sol (Fig. 4).

En pathologie, en particulier rhumatismale et inflammatoire,’atteinte articulaire est plus souvent responsable d’instabilité aveces conséquences déformantes plutôt que d’enraidissement dans’axe. Gardons aussi à l’esprit les formidables capacités adaptativest de remodelage des tissus notamment dans le cadre des défor-ations congénitales et des séquelles traumatiques chez l’enfant

eune.


On comprend très bien que les pieds pathologiques qui perdentes volants de mobilité ou amplitudes ne puissent pas avoir uneonction normale comme par exemple :

Fig. 5. Porte valgisant à faux du talon.

• les pieds soit plutôt figés vers l’inversion comme le pied creux, lepied spastique, le pied bot varus équin ;

• les pieds soit plutôt figés vers l’éversion comme le pied plat descoalitions tarsiennes, le pied plat dégénératif, le pied convexecongénital à l’extrême.

3. Le pied et la cheville sont aussi des organes sensorielspour l’équilibration

3.1. En condition statique

L’arrière-pied pied doit être aligné par rapport à la jambe.Les deux articulations talo-crurale et sub-talaire sont superpo-

sées et réalisent un empilement stable et résistant si l’alignementest respecté. Le talus est légèrement médial par rapport au calca-neus qui le supporte à ce niveau par le sustentaculum tali. Celacrée un porte à faux qui tend à déséquilibrer le talon en val-gus (Fig. 5). Le ligament collatéral médial ou ligament deltoïdeenvoie plusieurs couches fibreuses au talus, au sustentaculum tali,au ligament calcaneo-naviculaire (spring ligament) et au navicu-laire pour résister passivement à cette bascule valgisante. C’estun ligament pluri articulaire très puissant qui contrôle aussi lesmouvements rotatoires. L’élément actif de réequilibration étantprincipalement représenté par le muscle tibial postérieur (TP).Ce système potentiellement déséquilibré est donc très sensibleaux variations posturales et toute détérioration doit bénéficier de


rééducation appropriée.En effet, si le valgus calcanéen s’aggrave le porte à faux

s’accentue et le déséquilibre gravitaire qui en résulte sera délé-tère pour les structures de contention articulaire avec distension


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apsulo-ligamentaire surmenage musculaire et finalement défor-ation évolutive.Cela est particulièrement flagrant dans la pathologie du pied

lat valgus dégénératif, du pied de Charcot et dans les atteintesnflammatoires. En plus des traitements médicaux spécifiques,a correction du déséquilibre et le maintien de l’alignement parrthèses appropriée est fondamental chez ces patients.

.2. En conditions dynamiques (phase finale du pas, réception’un saut, marche et course pieds nus)

C’est l’appui de l’avant-pied qui est prédominant et condi-ionne l’adaptation articulaire sus-jacente, on pourra alors parler’alignement articulaire dynamique ce qui met en exergue leselations avant-arrière pied. Les articulations du médio-piedcalcanéo-cuboïdienne et talo-naviculaire ou articulation de Cho-art), les articulations du tarse moyen représentée par l’articulation

nnominée et les articulations de Lisfranc jouent un rôle majeurFig. 1). Le pied devant rester plantigrade, schématiquement le val-us de l’arrière pied est compensé par la supination de l’avant-piedt inversement le varus calcanéen est compensé par la pronatione l’avant-pied. Si ces déformations se structuralisent on conc oitisément qu’un avant-pied proné (creux antéro-médial) puisse êtreesponsable d’un varus de l’arrière–pied et responsable d’entorsese la cheville et/ou d’une pathologie des tendons fibulaires. Inver-ement un avant-pied supiné fixé causera un un pied plat valgus.

Si le pied est souple, mobile et stable, l’équilibre sera parfaite-ent régulé par le jeu d’ oscillations infimes ou bien importantes,

ilotées par le système neuro-tendino-musculaire.D’un point de vue dynamique, le pied et la cheville ont un fonc-

ionnement complexe car ils sont soumis comme le reste du corpsu champ gravitaire qui par interaction entre la masse de la terre eta masse de l’individu créé son poids – ils sont animés par l’effet desorces créées dans les corps musculaires et qui sont transmises auxièces osseuses par les aponévroses et les tendons– ils sont soumisux forces d’inertie, provoquées par les accélérations et décéléra-ions qui apparaissent quand le pied se pose au sol pendant la phase’appui et lorsqu’il quitte le sol au début de la phase aérienne.

Il convient donc, pour comprendre le pied :

de se situer dans l’espace en fixant un référentiel précis qui per-mets de comprendre les trajectoires (le plus souvent un repèregaliléen inertiel) et ne pas en changer au cour de l’étude sauf à lepréciser ;d’appréhender les forces comme des vecteurs qui déplacent uncorps solide quand elles s’y appliquent si il est suffisant rigide oule déforment dans le cas contraire. En définitive, un grand nombrede pathologies du pied peuvent être comprises en considérantqu’elles se constituent par une anomalies des forces dans une ouplusieurs de leurs composantes vectorielles (point d’application,direction, intensité) et/ou par une anomalie du matériaux sur lequelle agissent ces forces (trop ou trop peu de rigidité qui entraînesa fracture ou sa déformation). Il en résulte alors un cercle vicieuxqui aggrave l’état du patient par des interactions « négatives » etcomplexes entre ces composantes.

. L’anatomie structurelle au service de la fonction

.1. Notion de pivot de mouvement


C’est la zone au niveau de la quelle s’effectue un mouvementntre deux corps (deux os entre eux, ou bien le corps et le globe ter-estre), à ne pas confondre avec mouvement pivot qui sous entendn axe de rotation.

Fig. 6. Talus et calcaneus bougent en sens inverse la divergence de leurs axes variede face et de profil.

Entre deux os, ce sont les articulations qui assurent les mou-vements (mobilité), l’ appareil capsulo-ligamentaire est là pourguider et limiter la mobilité (stabilité) et les unités neuro-musculo-tendineuses pour mouvoir le système (force). Les mouvementsarticulaires se font autours d’axes variables.

Les pivots de la marche qui sont nécessaires à la progressionsont représentés on l’a vu par l’articulation de la cheville ou talo-crurale pour le 2e pivot, les articulations métatarso-phalangiennesagencées en parabole pour le 3e pivot et l’inter phalangienne del’hallux pour le 4e pivot. Le premier pivot étant représenté par letalon qui a une forme ronde donc apte à atterrir par des angula-tions multiples sur le sol (Fig. 4). La marche assure la progressionqui se fait dans le plan sagittal du corps, mais les segments corpo-rels lors de la marche effectuent des mouvements tridimensionnelssoumettant les diverses articulations à des mouvements rotatoiresqu’il faut contrôler.

4.2. Le couple de torsion de l’arrière pied

Le couple de torsion de l’arrière pied comprend l’articulation dela cheville, la sub-talaire avec la médiotarsienne (qui sera étudiéeavec le tarse moyen). Il permet la transmission des mouvements.

La cheville est fonctionnellement couplée avec les articulationsd’arrière-pied et du médio-pied, réalisant un complexe articulaireconnu sous le vocable de couple de torsion. L’articulation talo-fibulo-crurale est un encastrement type tenon mortaise favorable àla flexion extension du pied, et pour l’articulation sub-talaire c’estune double courbure tronconique inversée, qui est plus favorableaux mouvements rotatoires de valgus et varus dans le plan frontal[5] (Fig. 6). L’ensemble se comporte comme une charnière obliqueà environ 45◦.

4.2.1. La chevilleLa cheville assure un arc de mouvements de flexion-extension

dans le plan sagittal qui est sa mobilité préférentielle.Cette mobilité est variable selon les individus, la flexion dorsale

allant de 13◦ à 33◦ et la flexion plantaire de 23◦ à 56◦.Le complexe ligamentaire de la cheville est agencé pour résis-

ter aux contraintes en varus et valgus et surtout rotatoires commeen témoigne la direction horizontales des fibres des ligaments col-latéraux et la lésion fréquente du faisceau talo-fibulaire antérieur(ligament de l’entorse) dans les traumatismes en inversion du pied.


Il existe des fibres communes isométriques reliant aussil’articulation sub-talaire aux malléoles (ligament fibulo-calcanéenet faisceaux antérieur du ligament deltoïde superficiel) et expli-quant le couplage des mouvements entre les deux articulations tel



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Fig. 7. Variations anatomiques de la surface talo-crurale.

ue la flexion dorsale de la cheville s’accompagne d’éversion sous-alienne (5 à 6◦) et inversement (Fig. 2). En position debout et lorse la marche, la cheville se trouve en instabilité potentielle pen-ant la phase pendulaire du pied et au moment du choc talonnieri elle n’est pas bien pré-positionnée par la légère rotation latéraleu pied ; mais au moment de pleine charge quand la congruencerticulaire augmente avec la mise en contact du toit de la mortaise6] et ainsi, la faible rotation horizontale dans l’articulation ne seroduit plus, la cheville devient alors très stable.

La syndesmose tibio-fibulaire permet à la fibula, grâce à un légerouvement de rotation axiale, de réaliser un serrage élastique du

alus dont le diamètre transversal est plus étroit en arrière. De ceait, le talus dans la mortaise peut présenter aussi des petits mou-ements rotatoires.

Les mouvements sont contrôlés par des muscles présents sur lesuatre faces de l’articulation (triceps sural et fléchisseurs des orteilsn arrière, fibulaires en dehors, tibial postérieur en dedans et tibialntérieur et extenseurs des orteils en avant). La plupart du temps,es muscles fonctionnent de fac on automatique, leur action peuthanger en fonction du point d’appui et passer sur le mode allon-ement passif (hystéresis) dans un but de freinage et d’économie’énergie avec silence électrique à l’EMG.

L’articulation talo-crurale présente des variations anatomiquesn particulier de forme, pouvant correspondre à un cylindre ou bien

un tronc de cône à sommet médial ou bien latéral (Fig. 7). Celaeut expliquer certaines difficultés dans la pose des prothèses deheville dont la forme est évidemment prédéterminée (prothèsesylindrique, concave-convexe ou conique à sommet médial essen-iellement) si le morphotype du patient est différent par rapport auesign de l’implant.

Ce complexe articulaire fonctionne sur le mode contraint c’est àire que tous les mouvements sont interdépendants et simultanés.ela contribue ainsi à la transmission des mouvements de rotatione la jambe au pied. On assimilé cet ensemble à un joint de car-an universel mais ce concept est restrictif et ne rend pas comptee la réalité en particulier de la vitesse de rotation en fonction de

’angle de flexion. Lorsque l’angle de flexion dorsale augmente parxemple, pour que la vitesse de rotation reste constante il faut cou-ler un deuxième cardan qui est représenté par l’articulation dehopart qui sera étudiée plus loin (Fig. 8).


.2.2. Entre la face inférieure du talus et la face supérieure dualcaneus réside l’articulation sub-talaire

Entre la face inférieure du talus et la face supérieure du calca-eus réside l’articulation sub-talaire caractérisée par ses variations

Fig. 8. Modélisation du couple de torsion en cardan. Homocinétique (vitesse derotation constante/angle de flexion).

anatomique et son encastrement lui aussi variable. Elle relie le talusau calcaneus qui fait partie du pied calcanéen dit d’appui (calcaneus,cuboïde, 4e et 5e rayon).

Elle se présente comme deux portions d’articulations tronco-niques opposées par leur sommet et leur concavité (calcanéennedistale et talienne proximale). Cela explique que les mouvementsdu talus et du calcaneus se font en sens inverse, lorsque le talonse varise en dedans sa hauteur augmente grâce au talus qui tourneen dehors, radiologiquement le sinus tarsien s’ouvre sur le pro-fil et les axes talo-calcanéen convergent alors qu’ils divergent surl’incidence dorso-plantaire, l’inverse survient quand le talon se val-gise (Fig. 6).

Ces mouvements sont régulés par un complexe ligamentaire quicomprend :

• un ligament inter-osseux connu sous le terme de haie du tarse quise croise en inversion resserrant ainsi le talus sur le calcanéus etse décroise en éversion jusqu’aux butées osseuses (en particuliertubercule latéral du talus sur la face antérieure calcanéenne dusinus tarsien) ;

• des ligaments périphériques propres mais inconstants comme lefaisceau latéral talo-calcanéeen et surtout des ligaments colaté-raux communs à la talo-crurale et à la sub-talaire comme la facesuperficielle du ligament deltoïdien en médial et dont la par-tie antérieure est isométrique avec le faisceau fibulo-calcanéenpendant les mouvements.

4.3. Les cinq rayons métatarso-phalangiens

Les cinq rayons métatarso-phalangiens ont des longueursdifférentes et vont décrire la parabole des articulations métatarso-phalangiennes qui est le 3e pivot de la marche.

La parabole des articulations métatarso-phalangiennes estcaractérisée par une structure extrêmement complexe dont le fonc-tionnement est nécessaire à la puissance de propulsion générée parla cheville (la résection des têtes métatarsienne supprime cet effet)[7].

Les cinq rayons de l’avant pied contrairement à l’arrière pied(chaîne cinématique contrainte) se présentent comme une chaînecinématique libre ou non contrainte (les orteils pouvant se mouvoirlibrement) et ouverte afin d’assurer la fonction palpatrice du terrainet parfois une fonction préhensive.

Ces cinq rayons sont inscrits sur un tronc de cône mobile oblique


en bas et en avant, dont l’extrémité élargie de l’éventail métatarsienva rejoindre le sol selon un appui parabolique [8] (Fig. 9). C’est lapartie du pied qui subit le maximum de contraintes à la fin de laphase portante.



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Fig. 9. Les rayons de l’avant-pied.

Anatomiquement, on distingue des systèmes passifs, à fonc-ionnement automatique permettant d’amortir, de répartir, deupporter et de diriger la charge tout en assurant la protection deségument et des structures internes. Ces systèmes sont régulés etnimés par la fonction neuro-musculaire [9].

Comme l’a bien souligné G. Gauthier [10], il y a plus de 40 ans les rayons sont autonomes et interdépendants ». Chaque rayonossède en effet son autonomie fonctionnelle avec des particu-

arités propres. En pathologie, par principe, il faudra donc, quandesoin est, savoir réparer les lésions et cette réparation devra êtreompatible avec le fonctionnement de l’ensemble. Par exemple unaccourcissement métatarsien qui sortirait de l’harmonie structu-elle, se solderait tôt ou tard par une lésion de transfert de chargeur le (s) rayon (s) voisin(s) en cas de raccourcissement excessif, ouien par une récidive en cas en cas de raccourcissement insuffisant.

Les rayons sont nommés de médial en latéral : R1, R2, R3, R4, R5.ls sont tous semblables, composés d’une chaîne ostéo-articulaireormée par un métatarsien (M1, M2, M3, M4, M5) et trois phalangesP1, P2, P3) excepté pour R1 qui n’en a que deux.

Ils présentent une mobilité sagittale préférentielle et sontapables d’un enroulement préhensif (grasp) en flexion plantairerâce aux articulations trochoïdes des inter-phalangiennes.

La prédominance de l’appareil fibro-tendineux en plantaire faitue sa mise en tension par la flexion dorsale ou extension rigidifieutomatiquement les orteils. Par contre, au niveau des articula-ions condyliennes métatarso-phalangiennes (MtP), la rotondité dea tête métatarsienne autorise surtout un ample mouvement deexion dorsale nécessaire pour la marche (3e pivot).

L’appareil tendino-musculaire est disposé en deux systèmes dis-incts de muscles extrinsèque et intrinsèque connectés entre euxar le système des muscles lombricaux reliant les fléchisseurs longux extenseurs sur la face médiale des orteils latéraux au niveau de’inter phalangienne proximale.

Le fonctionnement des orteils est à la fois puissant, rapide, fra-ile et subtil et permet normalement un appui pulpaire efficace lorse la propulsion (50 % à 62 % du cycle de marche à la fin de la phaseortante). Toute atteinte de cet équilibre en particulier l’atrophiees muscles intrinsèques par un chaussage inadapté conduira auxéformations avec leur cortège de troubles.

.3.1. Le 2e rayonIl est caractérisé par sa fixité car emboîté solidement dans le


arse par l’articulation de Lisfranc médiane et le puissant ligamentu même nom qui attache sa base à la face latérale du premierunéiforme (C1) (Fig. 9). Il est le plus long des rayons latéraux ete sommet de l’angle de Meschan (angle formé par les extrémités

Fig. 10. Les morphotypes d’avant pied : bases architecturale.

de M1M2M5 et compris entre 125◦ et 155◦) (Fig. 9). Le 2e rayonsommet de la parabole est toujours en charge dynamiquement etpeut être considéré comme « le levier de vitesse » qui permet lepassage de la marche lente (bras latéral de l’angle de Meschan oubreak angle des Anglo-saxons) à la marche rapide (bras médial del’angle de Meschan M1M2). Il ne possède pas de muscles interos-seux plantaires et, étant toujours sollicité, il présente plus souventque les autre une pathologie dégénérative par hyper-contraintesbien connue sous le vocable de syndrome du deuxième rayon.

4.3.2. Le 3e rayonLe 3e rayon qui répond au 3e cunéiforme est lui aussi relative-

ment fixe.

4.3.3. Les rayons latéraux extrêmes 4 et 5Ils sont les plus mobiles, ils sont reliés au cuboïde par

l’articulation de Lisfranc latérale et présentent surtout une mobilitéen dorsi-flexion.

4.3.4. Le premier rayonLe premier rayon peut être considéré comme le propulseur ou

« rayon de la performance ». Il est le plus volumineux présente unemobilité prédominante en flexion plantaire, possède un appareilsésamoïdien solidement fixé à la base de la première phalange etqui entre autre protège de l ‘écrasement le tendon du FHL (flexorhalluxis longus) qui est le muscle propulseur final et actionneur du4e pivot de la marche entre le sol et l’interphalangienne.

Grâce à la perfection de son organisation fonctionnelle, l’avant-pied est capable de compenser sur un temps plus ou moins longla perte d’une partie de ses composants structurels comme uneamputation traumatique ou iatrogénique par exemple ou bien uneparalysie musculaire.

4.3.5. La parabole métatarsienne distale (3e pivot de la marche)Il est communément admis que la parabole doit être harmo-

nieuse selon la formule 1 > ou = 2 > 3 > 4 > 5 mais l’étude chiffrée desdécalages des longueurs relatives des métatarsiens (Fig. 10) quenous avons mené a montré l’existence de différents morphotypes.Elle a aussi permis de définir des règles de construction architec-turales et par là même de reconstruction pour le traitement desavant-pieds pathologiques [11]. Dans une population considéréecomme normale (sans pathologie ni antécédent), on retrouve glo-balement un tiers de pieds dit harmonieux, un tiers de pieds avechyper longueur des rayons médians et un tiers de pieds avec un


décalage entre le 3e et 4e rayon appelés » hypoplasie 4–5 » (Fig. 11).Les morphotypes métatarsiens ne doivent pas être confondus

avec les morphotypes d’orteils bien connus tels le pied grec, carréet égyptien selon que l’hallux est plus court, égal ou plus long que


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Fig. 11. Principaux morphotypes métatarsiens.

e deuxième orteil. Les orteils courts sont plus résistants aux défor-ations et à la fatigue musculaire du fait de bras de leviers plus

ourts et sont « biomécaniquement » avantageux.L’étude de populations à pathologie avérée nous a montré la

rédominance de certains morphotypes tels que l’ hyper longueures rayons médians fréquente dans les hallux rigidus et l’hypoplasie–5 très fréquente dans les hallux valgus, et surtout dans les formesévères.

Les longueurs métatarsiennes s’expriment surtout dans lesétatarsalgies dynamiques dites du 3e pivot, au moment ou l’avant

ied se verticalise sous l’effet de la levée du talon (30 à 60 % du cyclee marche). Lorsqu’une pathologie survient les morphotypes dys-armonieux seront aggravants et le traitement chirurgical devratre précis, il est actuellement réalisé par des ostéotomies distales.es métatarsalgies dites du 2e pivot apparaissent lorsque le piedst à plat (5 à 30 % du cycle de marche) et sont en général dues à unxcès de pente métatarsienne leur traitement chirurgical fera plu-ôt appel à des ostéotomies basales. Lorsqu’il existe une luxation

étatarso-phalangienne le sujet souffrira en général au momente la mise en charge des deux pivots puisque la tête est protrusen plantaire.

La perte de l’harmonie de la parabole distale est préjudiciable carlle entraîne des hyperpressions localisées sous les têtes des méta-arsiens trop longs ; le blocage de l’articulation de Lisfranc latéralest invalidant car il supprime la mobilité adaptative et freinatriceors du passage du pas ; le blocage d’une articulation métatarso-halangienne latérale surtout médiane est incompatible avec laarche normale.

.4. Le tarse moyen assure la jonction et la coordination entre learse postérieur et l’avant-pied, il comprend 12 articulations

.4.1. L’articulation médio-tarsienneL’articulation médio-tarsienne, dite de Chopart [12], est relati-

ement complexe et plus mobile que ce qui était communémentdmis. Elle associe une articulation de type condylienne, la talo-aviculaire qui assure environ 50◦ de mobilité en prono-supinationt une articulation en selle, la calcanéocuboïdienne qui est fon-amentale en permettant l’inversion des mouvements entre lealcaneus et l’avant pied (le varus calcanéen lors du choc talon-ier va par son intermédiaire induire la pronation de l’avant-piedt anticipe ainsi l’appui du premier rayon au sol qui va assurer laropulsion).

La talo-naviculaire qui appartient au pied talien dévolu à la pro-


ulsion, est agrandie et reliée au sustentaculum tali par le puissantigament calcanéo-naviculaire ou spring ligament qui ainsi délimiten cavité appelée coxa-pedis (par analogie à la cavité cotyloïde de laanche). Cette cavité est capable de se déformer grâce à l’élasticité

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de la partie médiale du spring, véritable ressort, qui amortit la têtetalienne quand elle descend lors de l’éversion, entraînée par la rota-tion médiale de la jambe lors de la phase plantigrade du pas et que lespring va ensuite repousser vers le haut quand survient l’inversionet la rotation latérale de jambe lors de la levée du talon jusqu’audécollage des orteils (toe-off des anglo saxons).

Le naviculaire et le cuboïde sont reliés au bec de la tubé-rosité antérieure du calcaneus par le ligament en Y de Chopartjouant un rôle de ligament inter-osseux complémentaire des liga-ments articulaires, et qui participe avec les ligaments périphériques(calcanéo-cuboïdien latéral, calcanéo-cuboïdien plantaire, et talo-naviculaire dorsal toujours bien visible sur les examens IRM qui estune des clés du verrouillage de la chaîne cinématique pied-membreinférieur quand toutes les articulations sont bloquées en torsion parles rotations des segments osseux) à la régulation des mouvementd’inversion-éversion du pied.

4.4.2. Les articulations innominée, intercunéenes,cunéo-cuboïdienne

Elles participent à l’arche transversale du médio-pied, leur rôleest encore mal connu et elles présentent plus de mobilité que ce quiétait classiquement admis surtout au niveau de l’innominée entrela face antérieure du naviculaire et les cunéiformes.

Le premier cunéiforme (C1) est relié au 2e et 3e métatarsien àla face plantaire par un fort contigent fibreux, véritable gardien del’arche : le ligament de Sappey.

Les 2e, 3e cunéiformes avec le cuboïde réalisent un système for-tement haubanné par des ligaments dorsaux et interosseux et parle croisement des tendons du long fibulaire et du tibial postérieuren plantaire. Il régule le vrillage et dévrillage du pied et est appeléla barre de torsion de Hendrix et dont les bras de levier sont lecalcaneus en arrière et le 2e métatarsien en avant (Fig. 13).

4.4.3. Les articulations tarso-métatarsiennes ou complexe deLisfranc

Les articulations tarso-métatarsiennes ou complexe de Lis-franc comprend 3 articulations à synoviale indépendante que sontla médiale ou C1M1, la médiane C2M2 avec C3M3 et la latéraleavec cuboïde-M4M5, sont associées aux articulations du tarsemoyen (inter-cunéennes, cunéo-cuboïdienne, naviculo-cunéennesou innominée). Ces articulations appartiennent au groupe desarthrodies. Ce sont des articulations à surfaces plutôt planes per-mettant théoriquement 6 degrés de liberté (selon la laxité de lacapsule articulaire qui permet la décoaptation, elles possèdent alorstrois translations et trois rotations, mais les mouvements sont trèslimités et de faible amplitude), toute fois les connexions fibreusesaponévrotiques, les expansions tendineuses ont tendance à limi-ter ces degrés de liberté. Grâce à ces diverses articulations, l’avantest bidirectionnel (pronation et supination) sur son axe sagittalreprésenté par la fixité relative de M2.

4.5. La Lamina pédis ou bloc calcanéo-pédieux (Fig. 12)

C’est l’ensemble du pied sans le talus.Il permet à lui seul les mouvements d’inversion et d’éversion

fondamentaux pour l’adaptation du pied aux irrégularités du ter-rain. C’est la structure déformable à proprement parler et sadéformation est régulée par le jeu du talus qui agit à la fois et enmême temps au niveau de l’articulation sub-talaire et au niveau del’articulation talo-naviculaire. La mise en place du talus permet derelier la jambe au pied et permet de comprendre la notion de couple


de torsion (paragraphe 4.2) ainsi que les relations avant-arrièrepied qui normalement doivent se compenser. La grande aponévroseplantaire (Fig. 1) qui relie la tubérosité postérieure du calca-neus aux bases des premières phalanges permet la coordination



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Fig. 12. Vue médiale de la lamina pedis ou bloc calcaneo-pédieux.

utomatique de ses mouvements. La levée des orteils en tirant sur’aponévrose cambre et inverse le pied (c’est le mécanisme du treuilu windlass mechanism). Le poids du corps qui a tendance à affaisseres arches, éloigne les points d’attache et provoque un abaissementutomatique des orteils au sol (reverse windlass mechanism).

Le bloc calcanéo-pédieux comprend donc 31 articulations, sont dédiées au 3e et 4e pivot de la marche (les 5 MtP, laétatarso-sésamoïdienne et l’interphalangienne de l’hallux), il en

este 24 avec celles des orteils pour contrôler la lamina pedis ceui est considérable mais nécessaire et n’a pas échappé à J.H. Hicksn 1955 « The foot is one of the most complex and highly coordinatedechanisms in existence ».

. Évolution des concepts biomécaniques

Passer du concept de demi-coupole statique au concept’architecture mosaïque à mouvements interdépendants et simul-anés faisant intervenir des articulations à axes mobiles variablesvec mouvements hélicoïdaux aura demandé plus d’un siècle etemi. La notion de support Tripode et d’arche antérieure (Farabeuf870) est révolue. L’aspect dynamique a toujours été un facteur deréoccupations, Von Lanz (1938) puis Pisani (1974) [13] élaborentn « concept longitudinal », le pied calcanéen assure la stabilité. Ilst toujours en appui, tandis que le pied talien avec les trois rayonsédiaux et formant l’arche médiale est dédié à la mobilité et à

a propulsion (Fig. 3). Comment cordonner ces deux pieds ? Hen-rix en 1934 [14] introduit la notion de la barre de torsion du piedomposée des 2e et 3e cunéiforme et du cuboïde. Ses bras de leviertant le 2e métatarsien en avant et le calcaneus en arrière. En appuiur ses deux extrémités, elle est distante du sol et oscille de manièrelastique sous la charge.

Actuellement, il est admis que les surfaces articulaires n’ontas de caractère géométrique strict. Cela permet une congruencedaptative grâce aux propriétés du cartilage articulaire.

Au lieu d’axe fixe, on retient aujourd’hui la notion d’axes mul-iples mobiles et évolutifs. Les mouvements s’effectuent selon lesxes instantanés de rotations mobiles (AIR), Par exemple, l’axe


e FE de la cheville s’horizontalise en allant de la FP vers la FD.e centre instantané de rotation (CIR) étant réservé aux mouve-ents dans un plan. Bien étudiés pour le tarse et médio tarse, ces

xes ne sont jamais perpendiculaires entre eux et s’arrangent en

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faisceaux ou en éventail. Les centres de rotation articulaires instan-tanés sont modifiés par plusieurs facteurs [15] comme l’orientationde l’articulation, la charge, les surfaces articulaires en contact, lesstructures capsulo-ligamentaires, les actions musculaires.

La translation traduit la décoaptation articulaire, mais vraisem-blablement aussi l’adaptation de l’incongruence articulaire par ladéformation viscoélastique du cartilage articulaire et des comple-xes capsulo ligamentaires.

Huson [16] insiste sur le déplacement hélicoïdal des chaînonsosseux. C’est un mouvement spatial finit. Il est caractérisé par lecouplage de la rotation avec de petites translations le long des axesde mouvement. Il a plusieurs avantages qui sont la fiabilité avecprécision et puissance, l’harmonie du mouvement et sa réversibi-lité adaptative et surtout une grande vitesse de réaction. Ce conceptpermet alors d’expliquer plusieurs aspects de la réalité, c’est-à-dire la simultanéité des mouvements, le mécanisme de torsionet de détorsion, surtout l’économie des structures anatomiques.La possibilité de verrouillage–déverrouillage articulaire tout encombinant l’obliquité des surfaces articulaires par rapport à l’axedu mouvement global avec un système ligamentaire adapté devientplus compréhensible. Le verrouillage articulaire est nécessaire pourrigidifier le pied et assurer la motricité, et le déverrouillage articu-laire est nécessaire pour libérer des degrés de liberté et accroîtreainsi la mobilité et les possibilités de mouvement. Le système està la fois peu consommateur et conservateur d’énergie et intègrealors le concept de chaîne cinématique qui permet l’approchecompréhensive de la marche normale et pathologique. Nous pas-sons donc facilement du mouvement articulaire au mouvementglobal.

6. Problématique de la dynamique de la locomotion bipède

Même immobile et obéissant théoriquement à la loi d’inertie(1re loi de Newton), le corps qui subit la gravité est en fait toujoursen mouvements. En appui bipodal les pieds sont en appui préféren-tiel sur les « pieds calcanéen » (4e et 5e rayons, cuboïde et calcaneus)et en position de légère inversion (donc en instabilité articulaire),cela induit les oscillations nécessaires aux changements d’appuiprotecteurs pour les tissus plantaires.

En déplacement, le corps est soumis à des forces nouvellesd’accélération et de décélération et dont la masse corporelle obéitalors à la 2e loi de Newton. La quantité de mouvement définie parle produit de sa masse par la vitesse varie sans arrêt car le corpsn’est pas un système isolé et c’est pour cela que nous avons besoind’énergie.

Enfin et c’est là que le pied est important car il empêche le corpsde tomber en prenant appui sur le support dont il subit la réactionselon la 3e loi de Newton. C’est la loi des actions réciproques, ou loide l’action et de la réaction ou loi de la conservation de la quantitéde mouvement.

Ainsi pour un marche normale à vitesse constante (1,2 m/s) lecorps consomme très peu d’énergie en raison de tous les processus(choc élastique talonnier, stockage d’énergie dans les aponévroseset tendons, mouvement articulaires pour minimiser les oscillationsdu centre de gravité connus sous le vocable déterminants de lamarche) qui permettent au mieux la conservation de la quantitéde mouvement.

Ainsi la séquence : « arrivée de la force- verrouillage instantanéde rigidification du bras de levier- prise d’appui- transmission dela force avec mouvement doit obéir à une coordination et une syn-chronisation [17]. Si cela n’est pas respecté la structure va souffrir


et les lésions tissulaires vont alors lui faire perdre sa tenségrité.Elle va non plus faire preuve de déformabilité mais se déformersous l’effet de la force qui est devenue désormais déformante etnon plus motrice.



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[14] Hendrix G. Pathologie des déformations statiques des voûtes du pieds. Bull SocBelge Orth 1934;6:3.

Fig. 13. Barre de torsion de Hendrix.

. Le problème de la latéralisation

Le membre inférieur gauche est en général un peu plus long quee membre inférieur droit [18].

Le pied dominant, qui est plus souvent le droit, a une voûteédiale plus creuse.C’est le pied moteur, le plus réactif et le moins chargé, son seuil

e sensation est élevé.L’autre pied est le pied pilier, sa voûte est plus basse, c’est celui

e l’équilibre de la stabilité. Son seuil de sensation est plus bas, mais’est le plus chargé.

Logiquement donc il semble difficile de faire porter au sujetes semelles identiques à droite et à gauche. Cela peut expliquerussi les différences de suites opératoires quand une pathologieemblable est traitée de fac on bilatérale.

. Perspectives futures

Plusieurs questions subsistent comme par exemple :

existe-t-il des types anatomiques et des morphotypes à risques ?Les mouvements articulaires sont-ils pareils pour tous ?Comment concevoir des orthèses, des programmes de réhabili-tation rapides ?Comment planifier la chirurgie pour garder un pied plantigradeet fonctionnel ?Pourquoi y-a-t-il des répercussions à distance dans la chaînecinématique (pe : un varus calcanéen surcharge les rayons laté-raux, un creux antéro-médial déstabilise la cheville, un blocagede l’arrière pied surcharge le premier rayon. . .) ?Sommes-nous capable de positionner une arthrodèse de fac onoptimale dans la chaîne cinématique d’un sujet donné afin deminimiser les conséquences du blocage articulaire et de favoriserles compensations des autres articulations ?

Pour pouvoir y répondre, il faut envisager des recherches anato-iques, de nouveaux concepts, de nouveaux outils d’évaluation et

e simulation en particulier grâce à l’utilisation des éléments finis.

.1. Le pied une structure en tenségrité c’est-à-dire équilibrée en


ension et compression

Le pied doit supporter les contraintes énormes sans dom-age : pour essayer de l’expliquer on peut introduire le concept

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de tenségrité mis en exergue par l’ architecte Buckminster Ful-ler – (1895–1983), appliqué à la médecine par Stephen M. Levinchirurgien orthopédique en 1970 [19], qui est plus large que celuide la poutre composite [9]. Ce dernier permet d’associer dans untout fonctionnel les chaînons osseux rigides et aptes à supporterla compression, aux parties molles plus aptes à supporter la ten-sion. La tenségrité reprend cette notion mais sur des structurescomplexes. Les principaux avantages des structures en tenségritésont légèreté, stabilité, résistance. Toute lésion d’un élément varetentir sur l’ensemble. Le caractère redondant et non ou peu hié-rarchisé des réponses de la structure aux contraintes explique lescompensations possibles de certaines lésions.

Elle permet de bien comprendre la nécessité de réparer au plusjuste les lésions traumatiques, la nécessité de faire un transfert ten-dineux ou une ostéotomie de réaxation et aussi la nécessité de nepas laisser évoluer les lésion tissulaires, dégénératives ou inflam-matoires (Fig. 13).

9. Conclusion

Bien que nous apparaissions tous semblables fonctionnelle-ment, face aux variations anatomiques et aux morphotypes, noussommes en réalité tous différents et uniques.

Définir le normal comme le faisait J. Martorell [20] « Le pied nor-mal est celui qui ne présente pas de callosités plantaires », apparaîtréducteur, il faut y ajouter un aspect fonctionnel mais aussi cognitif.

C’est le pied dont le sujet n’a pas conscience dans les conditionslocomotrices, car il est un « outil » asservi, fonctionnel et indoloredans son fonctionnement normal.

Le rôle du médecin peut alors être compris comme celui del’homme de l’art qui permet d’interrompre un cercle vicieux patho-logique en restaurant une biomécanique la plus proche possible dela normale quand cela est encore possible, ou bien en permettantde trouver un nouvel équilibre parfois au prix d’une diminutionfonctionnelle.

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anatomie fonctionnelle du pied et de la cheville de l’adulte

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