biomécanique de la colonne vertébrale

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La loi deuler.......................................... 11 Anatomie fonctionnelle ........................ 11

Biomcanique du RachisPr requisDecember 2011

Embryologie et ossification du rachis ... 12 Anatomie rgionale .................................. 13 Rachis lombaire..................................... 13 Rachis thoracique (ou rachis dorsal)..... 16 Rachis cervical ....................................... 18 Biomcanique de la colonne vertbrale ... 20 Naissance, Phylognse ........................ 20 La marche bipde.................................. 21 La verticalisation ................................... 21

Table des matiresDfinitions ....................................................... 2 Anatomie rachidienne ..................................... 3 Etude gnrale ............................................ 3 Mots cls ................................................. 3 Les vertbres ........................................... 5 L'espace pidural (ou pridural) .............. 6 Foramens intervertbraux (ou trous de conjugaison ou canaux de conjugaison).. 6 Les disques intervertbraux .................... 6 Les ligaments ........................................... 7 Articulations zygapophysaires ou interapophysaires postrieures .............. 8 Vascularisation et innervation................. 8 Muscles du rachis .................................... 9 Courbures ................................................ 9

Equilibre ................................................ 23 Equilibre hanche-genou-rachis ............. 25 Morphotypes et risques dgnratifs .. 34 Dsquilibres et compensation ............ 34 Altrations de lquilibre ...................... 38 Lanalyse de la posture ......................... 38 Cintique ............................................... 39 Lanalyse du mouvement ...................... 43 Biomcanique osseuse ............................. 44 Loi de Wolff ........................................... 44 Stress sheilding ..................................... 44 Dynamisation de la greffe ..................... 44 Caractristiques mcaniques des os..... 44

PRE REQUIS A LA BIOMECANIQUE DU RACHISLe rle majeur du rachis est la protection de moelle pinire. En ce qui concerne la biomcanique, un rachis sein permet dassurer une posture rige stable mais aussi le mouvement et le maintien dune position donne. Les muscles permettent de maintenir la stabilit et dactionner le mouvement par le biais de neuromoteurs. Le rachis est une structure complexe qui ncessite une analyse exhaustive permettant dacqurir de nombreux paramtre et danticiper un geste chirurgical. Le rsultat dune intervention chirurgicale dpend de limplant mais aussi de la stratgie opratoire utilise. La biomcanique est donc intgre en routine et requiert une bonne comprhension quant ces critres et ces facteurs afin de mieux planifier le geste chirurgical.

Dfinitions Biomcanique1 : La biomcanique est l'exploration des proprits mcaniques des organismes vivants ainsi que l'analyse des principes d'ingnierie faisant fonctionner les systmes biologiques. Elle traite des relations existantes entre les structures et les fonctions tous les niveaux dorganisation du vivant partir des molcules, comme le collagne ou llastine, aux tissus et organes. La biomcanique caractrise les rponses spatio-temporelles des matriaux biologiques, qu'ils soient solides, fluides ou viscolastiques, un systme impos de forces et de contraintes internes et externes. Rachis2 : La colonne vertbrale, ou rachis, est un empilement d'os articuls appels vertbres. Elle est le support du dos des vertbrs, notamment des mammifres. C'est sur la colonne vertbrale que sont fixes les ctes. Elle abrite la moelle pinire. Chez l'Homme, elle supporte la tte et transmet le poids du corps jusqu'aux articulations de la hanche. Elle est compose de 24 vertbres (ou de 33 si on compte les vertbres sacro-coccygiennes soudes) : sept vertbres cervicales, douze thoraciques et cinq lombaires (plus cinq sacres et quatre coccygiennes). La colonne vertbrale est courbe dans le plan sagittal mdian, selon un plan frontal. Elle prsente deux courbures primaires (concaves en avant), aussi appeles cyphoses, au niveau des rachis thoracique et sacr, ainsi que deux courbes secondaires (concaves en arrire) appeles lordoses au niveau des rachis cervical et lombaire.

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http://fr.wikipedia.org/wiki/Biomcanique http://fr.wikipedia.org/wiki/Colonne_vertbrale

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Anatomie rachidienneEtude gnraleCervical Vertebrae (C1 to C7)

Thoracic Vertebrae (T1 to T12)

Lumbar Vertebrae (L1 to L5)

La colonne vertbrale (rachis) constitue avec le crne le squelette axial postrieur. Elle se divise en quatre segments, de haut en bas: le rachis cervical form de 7 vertbres; le rachis thoracique (ou dorsal) form de 12 vertbres sur lesquelles s'appuient les ctes; le rachis lombaire, form de 5 vertbres; le segment sacrococcygien constitu du sacrum et du coccyx form de vertbres soudes (5 vertbres pour le sacrum, et 4 ou 5 vertbres pour le coccyx). Elle s'articule en haut avec le crne et en bas avec le bassin.

Sacrum (S1 to S5)

Mots cls

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Les vertbres Chaque vertbre, l'exception des deux premires vertbres cervicales et du sacrum, a des caractristiques gnrales assez similaires. Elle est forme en avant d'un corps vertbral et d'un arc osseux postrieur ou arc neural. Le corps vertbral est essentiellement constitu de substance spongieuse, dlimitant des espaces remplis de tissu hmatopotique. Ceci explique l'importance du systme veineux reprsent notamment par une volumineuse veine basivertbrale qui sort la face postrieure du corps vertbral et se draine dans les plexus piduraux. Avec le vieillissement, l'os spongieux devient graisseux. Les faces suprieures et infrieures du corps constituent les plateaux vertbraux. L'arc postrieur est form de deux pdicules, de deux lames vertbrales, d'un processus (apophyse) pineux, de deux processus (apophyses) transverses et de quatre processus (apophyses) articulaires. La premire vertbre cervicale ou atlas se prsente sous la forme d'un anneau constitu par deux colonnes latrales ou masses latrales runies par deux arcs osseux, antrieur et postrieur. La deuxime vertbre cervicale ou axis se rapproche plus de la vertbre cervicale type mais prsente la particularit de possder une apophyse volumineuse ou dent (ou apophyse odontode) qui se dtache de la face suprieure du corps vertbral et s'engage dans le foramen atlodien pour s'articuler la face postrieure de l'arc antrieur de C1.

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Le canal vertbral Le canal vertbral occupe toute la hauteur du rachis ( l'exception du coccyx). Il est limit en avant par les faces postrieures des corps vertbraux et le bord postrieur des disques intervertbraux, revtus par le ligament longitudinal postrieur (ou ligament vertbral commun postrieur) ; en arrire, par les lames vertbrales et les ligaments jaunes ; et latralement (rcessus latraux ou dfils inter-disco-ligamentaires) par les pdicules et les foramens intervertbraux et les articulations zygapophysaires. Le canal rachidien contient la moelle pinire et les mninges rachidiennes, les nerfs spinaux qui en mergent, les plexus veineux intrarachidiens et le tissu cellulo-graisseux de l'espace pidural. La moelle se termine au niveau de la deuxime vertbre lombaire (cne terminal) et le sac dural au niveau de la 2me pice sacre (le plus souvent). La morphologie du canal vertbral varie : prismatique triangulaire dans la rgion cervicale ; cylindrique dans la rgion thoracique et lombaire suprieure ; prismatique triangulaire dans les rgions lombaire et sacre. C'est au niveau de la premire vertbre cervicale (trou atlodien) qu'il prsente sa plus grande surface de section. Les dimensions canalaires sont lies la mobilit du segment rachidien.

L'espace pidural (ou pridural) C'est un espace de glissement compris entre la dure-mre et les parois osseuses du canal vertbral. Il contient de la graisse en quantit variable, des vaisseaux, notamment des plexus veineux (plexus veineux intrarachidiens trs dvelopps dans l'espace pidural antrieur), des nerfs (nerf sinuvertbral) des ligaments (ligament longitudinal postrieur, ligaments jaunes). Il amliore les rapports mcaniques entre sac dural et paroi osseuse et s'adapte aux dimensions du canal et du sac dural. Il est divis en espace pidural antrieur et postrieur. Il est parcouru par des tractus fibreux qui fixent partiellement la dure-mre au ligament longitudinal postrieur. Sa description est dtaille l'tage lombaire (II - I). Foramens intervertbraux (ou trous de conjugaison ou canaux de conjugaison) Orifices situs sur les parties latrales du rachis, limits en haut et en bas par les pdicules, en avant par les corps vertbraux et le disque et en arrire par l'articulation zygapophysaire (et le ligament jaune), ils commencent en C2-C3. Le dernier foramen est le plus troit et livre passage au 5me nerf lombaire qui est le plus volumineux de tous les nerfs lombaires. Chaque foramen livre passage au nerf spinal (et ganglion spinal), des plexus veineux, l'artre et aux veines radiculaires, au nerf sinuvertbral. Il contient galement dans des proportions variables de la graisse. Les foramens cervicaux forment un angle approximativement de 45deg. avec l'axe antro-postrieur du rachis et une inclinaison caudale d'environ 15deg. avec l'horizontale. Les foramens lombaires et thoraciques ont une orientation uniquement latrale. Les disques intervertbraux Les corps vertbraux sont unis entre eux par l'intermdiaire des disques intervertbraux dont l'paisseur varie entre 3 mm (premiers disques thoraciques), 5 6 mm (disques cervicaux) et 10 15 mm (disques lombaires). Dans les rgions cervicale et lombaire, le disque est plus pais en avant Page 6 sur 45

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qu'en arrire. Le disque est constitu de trois parties, l'une, priphrique, l'anneau fibreux (annulus fibrosus) l'autre, centrale, noyau pulpeux (ou nucleus pulposus) de topographie habituellement excentrique, plus prs du bord postrieur que du bord antrieur, la troisime partie correspondant la plaque cartilagineuse. La composition histochimique du disque de l'adulte comprend, dans des proportions variables, des protoglycanes, de l'eau (65 90%) et des fibres de collagne (type I et II).

Les ligaments Le ligament longitudinal antrieur (ou ligament vertbral commun antrieur) est un ruban fibreux qui tapisse les faces antrieure et latrale des corps vertbraux et des disques intervertbraux. Le ligament longitudinal postrieur (ou ligament vertbral commun postrieur) est une bande fibreuse troite, verticale, mdiane, tendue depuis l'occipital jusqu'au sacrum, qui adhre intimement la face postrieure des disques, et qui passe en pont au niveau de la partie moyenne des corps vertbraux dont il reste spar par de gros plexus veineux. Il s'largit au niveau des disques et se rtrcit en arrire des corps vertbraux. Les arcs postrieurs sont runis entre eux par plusieurs ligaments. Les lames vertbrales sont runies les unes aux autres par les ligaments jaunes (ligaments interlamaires) puissants, lastiques, qui ferment en arrire le canal rachidien, latralement ils s'tendent en avant et se confondent avec les capsules des articulations zygapophysaires. Les processus pineux sont runis entre eux par les ligaments interpineux et leur sommet par le ligament surpineux qui, dans la rgion cervicale, prend l'aspect d'une cloison sagittale mdiane triangulaire base occipitale : le ligament cervical postrieur ou nuchal. Les processus transverses sont unis entre eux par les ligaments intertransversaires qui n'existent qu'au niveau thoracique et lombaire.

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Articulations zygapophysaires ou interapophysaires postrieures Les surfaces articulaires sont unies par une capsule mince dans la rgion cervicale, paisse dans les rgions thoracique et lombaire, et tapisses par une synoviale, qui, dans la rgion cervicale, envoie un prolongement postrieur entre la lame et le ligament jaune. Le ligament jaune s'tend en avant pour se confondre avec la capsule de l'articulation inter-apophysaire postrieure. L'interligne articulaire l'tage cervical et thoracique se rapproche du plan frontal et l'tage lombaire du plan sagittal (avec des variations en fonction du niveau vertbral).

A : Articulation interapophysaire Vascularisation et innervation A l'exclusion de sa partie cervicale, le rachis est vascularis par des artres mtamriques, d'origine aortique, artres lombaires (rachis lombaire) et intercostales (rachis thoracique). Ces artres donnent notamment une branche dorso-spinale qui se distribue en partie aux parois du canal rachidien. Le drainage veineux des vertbres se fait dans les plexus veineux intrarachidiens antrieurs (avalvuls), situs en arrire des corps vertbraux, et relis par des veines longitudinales qui communiquent avec les plexus extra-rachidiens par l'intermdiaire des veines des foramens intervertbraux. L'innervation du rachis lombaire est assure par le nerf sinuvertbral de Luschka (n de deux racines, l'une spinale, l'autre sympathique) et de la branche dorsale du nerf rachidien. L'annulus fibrosus et le ligament longitudinal postrieur sont trs innervs (et peuvent tre l'origine de douleurs discogniques). La partie centrale du disque par contre n'est pas innerve. Page 8 sur 45

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Muscles du rachis Les muscles agissent sur la stabilit et la mobilit du rachis. Il existe des muscles extenseurs (muscles paravertbraux, muscles de la nuque) et des muscles flchisseurs (psoas iliaque, carr des lombes et muscles de la paroi abdominale).

Courbures Dans le plan sagittal, on distingue une courbure cervicale convexit antrieure (lordose cervicale), une courbure thoracique concavit antrieure (cyphose thoracique), une courbure lombaire convexit antrieure (lordose lombaire), une courbure pelvienne concavit antrieure (cyphose Page 9 sur 45

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sacre). Ces courbures sagittales sont variables avec l'ge : le nouveau-n et le nourrisson ne possdent qu'une courbure dorsale convexit postrieure. La courbure cervicale apparat avec la position assise et la courbure lombaire avec l'orthostatisme (la courbure dorsale est la courbure principale primitive alors que les deux autres sont des courbures secondaires, de compensation, lies la position debout). Dans le plan frontal il peut exister galement au niveau de la rgion thoracique une discrte courbure concavit gauche (de la 3 la 6e vertbre thoracique).

La base sacre initialement perpendiculaire au rachis lombaire sincline de 37 en avant par rapport laxe vertical. On peut rapprocher cette donne morphotypologique des travaux dEric Viel qui constate lors du passage de la position debout la position assise une bascule postrieure de 40 environ. Linclinaison actuelle de la base sacre sur lhorizontale en position debout disparat donc en position assise avec une base sacre horizontale et un rachis lombaire rectiligne. Cette antversion pelvienne volue paralllement avec lantversion fmorale. On constate galement un dplacement de linsertion de la musculature sur la crte iliaque qui permettra une dissociation troncbassin indispensable la tridimensionnalit de la marche (pas pelvien dans un plan horizontal). - Lantversion pelvienne entrane une lordose lombaire de compensation que lon mesure en moyenne 45, entre le plateau suprieur le plus inclin sur lhorizontale au niveau de la charnire thoraco-lombaire et le plateau infrieur de L5. - Le nombre de vertbres lombaires augmentent progressivement jusqu atteindre 5 vertbres contribuant la dissociation du tronc et de la ceinture pelvienne. - La cyphose thoracique est habituellement mesure entre T4 et la vertbre transitionnelle thoraco-lombaire, en moyenne 37. - Au niveau cervical la lordose favorise lhorizontalisation du regard et globalement il existe une alignement Tragus-AcromionTrochanter-Malloles. - La transformation de la cyphose initiale en 3 courbures permet daugmenter la rsistance du rachis selon la loi dEuler et de diminuer les tensions musculaires.

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La loi deuler Cette formule est beaucoup utilise ; elle est pourtant dcrire et pourrait faire lobjet dun retoquage lors dune soumission de dossier des hautorits de sant. L'existence des courbures vertbrales trouve, selon de nombreux auteurs, une justification dans les proprits de rsistance que celles-ci confrent la colonne vertbrale. Cette justification s'appuie sur une loi mathmatique reprsentative du phnomne physique de flambement (aussi appel flambage) des poutres utilise pour calculer les charges critiques supportables par des poutres soumises des compressions axiales et d'en prvoir la dformation. Elle est connue sous le nom de Formule d'Euler . Bien que la thorie d'Euler existe rellement pour de tels phnomnes, ses rsultats n'ont jamais t noncs sous la forme simpliste R = N2 + 1 que l'on connat en physiologie articulaire ou en biomcanique. Cette formulation, en l'tat, ne rpond aucune dmarche scientifique. Elle est pourtant reprise et dmontre comme telle depuis plus d'un sicle. 3

Anatomie fonctionnelle Lors des mouvements de flexion et d'extension, la morphologie du canal vertbral et des foramens intervertbraux se modifie : allongement du canal ; dformation du foramen intervertbral (notamment en extension rtrcissement de sa partie infrieure par bombement du ligament jaune, de la capsule et protrusion discale).

3 Annales de Kinsithrapie Vol 27, N 3 - avril 2000 p. 119 ditions Masson, Paris, 2000 P. Seyrs , R. Huchon (source) Page 11 sur 45

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Embryologie et ossification du rachis Le rachis osseux est prcd chez l'embryon d'une colonne vertbrale membraneuse axe autour de la notochorde. A la fin de la priode msenchymateuse, la segmentation vertbrale est acheve (troubles de segmentation = blocs vertbraux). Puis lui succde le stade de la phase cartilagineuse marqu par la chondrification des diffrents lments constitutifs de la vertbre (les troubles de cette phase expliquent les malformations morphologiques, vertbres en aile de papillon, hmivertbres). Aprs le stade cartilagineux survient le stade d'ossification ( partir du deuxime mois). L'ossification primaire du corps vertbral se fait partir de centres primitifs principaux et accessoires, qui vont fusionner. L'ossification des arcs postrieurs, sensiblement concomitante celle du corps vertbral, est ralise sous forme de deux noyaux symtriques dont la fusion est constate dans les deux premires annes de la vie. Vers l'ge de 5 6 ans le corps et l'arc postrieur de chacune des vertbres, l'exclusion des dernires pices coccygiennes, forment une masse osseuse sans discontinuit. Les points primitifs d'ossification du corps vertbral, de chacun des arcs neuraux, en s'tendant progressivement, se sont rejoints et ont finalement fusionn tandis que disparaissaient les synchondroses postrieures et neuro-centrales. Au cours de la deuxime dcennie survient l'ossification du listel marginal (plaque cartilagineuse situe dans les dpressions marginales en marches d'escaliers des angles suprieur et infrieur du corps vertbral). Le listel fusionne totalement avec le corps vertbral au bout de plusieurs annes aprs la pubert. Certaines vertbres ont une ossification particulire. C'est notamment le cas de l'axis. L'apophyse odontode se soude au corps de l'axis approximativement vers la quatrime anne et prsente notamment un centre d'ossification secondaire son sommet qui apparat vers l'ge de deux ans et se soude tardivement au reste de l'apophyse vers l'ge de 12 ans. Le disque montre la naissance un nucleus, qui provient des cellules de la notochorde, se distinguant trs nettement de l'annulus. En outre le disque est richement vascularis partir des plateaux vertbraux. Cette vascularisation rgresse partir de la deuxime dcennie et disparat l'ge adulte.

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Anatomie rgionaleRachis lombaire Structures osseuses Le corps vertbral a un diamtre transversal suprieur au diamtre antro-postrieur. Il a grossirement la forme d'un cylindre. Sa surface circonfrentielle est convexe en avant et sur les cts, concave en arrire au niveau de sa face postrieure qui prsente sa partie centrale une gouttire o s'ouvrent les orifices vasculaires des veines et des artres de la vertbre avec une trs nette prdominance du systme veineux par rapport au systme artriel. Les faces suprieure et infrieure sont lgrement excaves. La hauteur du corps vertbral est peu prs identique en avant et en arrire sauf au niveau des vertbres extrmes : le corps de la premire vertbre lombaire est plus haut en arrire qu'en avant et l'inverse celui de la 5me lombaire est plus haut en avant qu'en arrire. Le corps de L5 est inclin en bas et en avant.

Les pdicules sont pais, constitus essentiellement d'os cortical et ont une direction antropostrieure. Les pineuses sont paisses, horizontales, trs dveloppes. Les transverses (costiformes) se dirigent en dehors et un peu en arrire et sont constitues surtout d'os spongieux. Les transverses de la troisime vertbre lombaire sont gnralement les plus longues. La facette articulaire des processus articulaires crniaux (suprieurs) est oriente en dedans et en arrire et prsente une surface concave, celle des articulaires caudales (infrieures) est oriente en dehors et en avant et prsente une surface articulaire convexe. Ainsi la surface convexe du processus articulaire suprieur et la surface concave de l'articulaire infrieure s'articulent pour former l'articulation inter-apophysaire postrieure ou articulation interfacettaire ou zygapophysaire. Le plan d'orientation des facettes articulaires varie de haut en bas : se rapprochant du plan sagittal pour les vertbres les plus hautes et du plan frontal pour les vertbres les plus basses. Il existe en outre assez frquemment (entre 20 et 30 %) des asymtries d'orientation des facettes articulaires. Le disque intervertbral Plus haut en avant qu'en arrire (expliquant la lordose lombaire) la hauteur moyenne des disques intervertbraux lombaires chez l'adulte est normalement de 8 15 mm sauf en L5-S1 o elle est approximativement de l'ordre de 5 mm. En coupe axiale, les 4 premiers disques ont un bord postrieur concave ou plat, en L5-S1 le disque a un bord postrieur plat ou lgrement convexe en arrire.

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Le disque est constitu de 3 parties : la plaque cartilagineuse, l'annulus fibrosus et le nucleus pulposus. La plaque cartilagineuse (environ 1 mm d'paisseur) s'intercale entre la partie centrale des plateaux vertbraux et le disque auquel elle adhre trs intimement. Elle est constitue notamment de cartilage hyalin (sujet jeune) et de fibrocartilage (surtout sujet g). C'est un site important de diffusion hydrique entre nucleus et corps vertbral. L'annulus fibrosus est une enveloppe entourant le nucleus pulposus. Il est constitu de fibres collagnes courtes, plus paisses en avant qu'en arrire, fixes en priphrie aux plateaux vertbraux par les fibres de Sharpey, et bord par les ligaments longitudinaux antrieur et postrieur. Des fissurations concentriques et transverses sont frquemment visualises au niveau de l'annulus. Il faut distinguer l'annulus priphrique o prdomine le collagne de type I (identique celui des tendons) capable de rsister aux sollicitations de tractions et l'annulus interne qui contient du collagne de type II, plus hydrat. Le nucleus pulposus, reliquat de la notochorde embryonnaire, est une matrice glatineuse incompressible riche en protoglycanes (qui existe galement en faible quantit dans l'annulus) et moins riche en collagne que l'annulus. Il est fortement hydrat (85 90 % d'eau). Il est le plus souvent en position excentrique ( l'union des 2/3 antrieurs et du 1/3 postrieur), exceptionnellement en position centrale. Il est habituel de voir l'ge adulte une bande fibreuse se dvelopper au centre du nucleus. Chez le nourrisson jusqu' l'ge de 2 ans le nucleus occupe une large portion du disque et reste bien spar de l'annulus (disque immature). Vers l'ge de 10 ans la dmarcation entre nucleus et annulus se perd peu peu (disque transitionnel). Chez l'adulte (disque mature) o la dissociation entre annulus et nucleus n'apparat plus nettement il est prfrable de parler (notamment en IRM.) de complexe central compos du nucleus et de la partie interne de l'annulus et de complexe priphrique constitu de la partie externe de l'annulus (notamment fibres de Sharpey qui s'insrent la priphrie des plateaux vertbraux sur le listel marginal). Articulations zygapophysaires (interapophysaires postrieures) Les surfaces articulaires des articulations interapophysaires postrieures sont revtues de cartilage hyalin (2 4 mm d'paisseur). Elles sont unies par une capsule articulaire paisse et renforces du ct du canal rachidien, sur sa face mdiale, par le ligament jaune. Cette capsule, qui forme deux rcessus, un antro-suprieur (intracanalaire) et un postro-infrieur (le plus volumineux), est tapisse de synoviale et contient des franges graisseuses notamment au niveau de la partie suprieure de l'articulation, mais aussi sa partie infrieure en extra-capsulaire. On peut galement constater des invaginations capsulaires mniscodes intra-articulaires. A la partie suprieure du rachis lombaire ces articulations ont une orientation pratiquement sagittale, et la partie infrieure une orientation pratiquement frontale. Le canal rachidien lombaire et canal de conjugaison Le canal rachidien est form de 4 parois. Une paroi antrieure: face postrieure des corps vertbraux et bord postrieur des disques intervertbraux, le tout revtu par le ligament longitudinal postrieur (ou ligament vertbral commun postrieur). Une paroi postrieure : forme sur la ligne mdiane par les lames vertbrales runies entre elles par les ligaments jaunes qui recouvrent partiellement la face antrieure des lames vertbrales sus-jacentes et latralement la partie supro-interne de la capsule articulaire postrieure. Cette paroi postrieure est complte latralement par les processus articulaires et les articulations postrieures. Deux parois latrales : reprsentes par les pdicules et interrompues par les foramens intervertbraux. Le canal rachidien se divise en : * canal central qui contient le sac dural et qui est constitu par la succession de segments fixes (anneaux osseux forms par les corps vertbraux des pdicules et des lames) et de segments mobiles (disques intervertbraux, articulaires postrieures et ligament jaune). La largeur du canal augmente rgulirement de L1 L5. Son diamtre antro-postrieur est normalement suprieur 15 mm.

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* canal radiculaire (ou canal latral) o circule la racine depuis son mergence du sac dural jusqu' sa sortie du foramen. Ce canal latral est subdivis de haut en bas en trois segments : dfil interdiscoarticulaire, rcessus latral, canal de conjugaison (ou foramen intervertbral). Dans le dfil interdisco-articulaire la racine (segment discal) est situe entre le disque intervertbral en avant et l'apophyse articulaire suprieure en arrire. C'est le lieu d'lection des conflits discoradiculaires. Dans le rcessus latral la racine (segment pdiculaire) chemine au niveau de la face interne du pdicule. Ce rcessus est compris entre la face postrieure du corps vertbral en avant, la face mdiale du pdicule en dehors, la base de l'articulaire suprieure en arrire. Le rcessus latral n'existe qu'inconstamment en L4 (72 % des cas) et constamment en L5-S1. Son diamtre antropostrieur mesur sa partie suprieure, la plus troite, est normalement suprieur ou gal 5 mm. Le canal de conjugaison (trou de conjugaison, foramen intervertbral) limit en bas et en haut par les pdicules, en avant par le corps vertbral et le disque (tapiss du ligament longitudinal postrieur) et en arrire par l'articulation zygapophysaire recouverte du ligament jaune et l'isthme. Dans le plan sagittal on peut distinguer un plan foraminal externe ou pdiculo-articulaire (pdicule articulaire suprieur) et un plan foraminal interne ou pdiculo-isthmique (isthme et facettes articulaires). La hauteur du foramen est conditionne par celle du disque. A la partie suprieure du foramen se trouve la racine nerveuse qui s'largit cet endroit pour former le ganglion spinal (racine postrieure). La partie infrieure du foramen est occupe par la graisse et les veines. Le foramen est galement travers par des branches artrielles et le nerf sinuvertbral ainsi que par les ligaments transforaminaux et corporo-transversaires. Le canal lombaire contient essentiellement le fourreau dural, les racines nerveuses, la graisse et les veines de l'espace pidural. Le fourreau dural (ou sac dural) occupe le canal central et contient le cne terminal, les racines de la queue de cheval qui entourent le filum terminal, les mninges molles, les vaisseaux spinaux et le liquide cphalorachidien. Sa paroi est constitue de la juxtaposition de la dure-mre et de l'arachnode. Le liquide cphalo-rachidien est situ dans l'espace sous-arachnodien. La taille et la terminaison (cul de sac) du sac dural sont variables (cul de sac se situant hauteur de S1 ou S3). Les mergences radiculaires se font soit en regard du disque soit un peu au-dessus, soit un peu en dessous. Les racines sont entoures de gaines radiculaires. Elles cheminent dans le canal radiculaire, au niveau du rcessus latral puis dans le foramen o elles s'largissent pour former le ganglion spinal. Le sac dural et la gaine des racines sont fixs la paroi antrieure du canal par les ligaments de Hofmann. Espace pidural lombaire L'espace pidural est compris entre la dure-mre et les parois osseuses du canal rachidien. Il contient de la graisse, des ligaments, des nerfs et des vaisseaux notamment un important rseau veineux. L'espace pidural est galement travers par des tractus fibreux qui fixent le sac dural et les gaines radiculaires la paroi du canal (ligaments de Hofmann). Au niveau de l'espace pidural antrieur, les plexus veineux et le ligament longitudinal postrieur constituent les structures les plus remarquables de cette rgion. Le ligament longitudinal postrieur est une structure fibreuse qui s'largit en regard des disques intervertbraux et se rtrcit en regard des corps vertbraux. Au niveau des disques il adhre trs fortement la priphrie de l'annulus. Les fibres profondes s'insrent sur le listel marginal. Par contre le ligament n'adhre pas la face postrieure des corps vertbraux dont il est spar par de la graisse et des structures vasculaires. C'est dans cet espace pr-ligamentaire qu'il a t dcrit un septum mdian tendu entre la face postrieure du corps vertbral, en s'insrant sur un paississement priost, et le ligament longitudinal postrieur. L'ensemble (septum-ligament) ayant sur les coupes axiales transverses la forme d'un "T" renvers. Le septum mdian est surtout visualis la partie infrieure du rachis lombaire et dlimite ainsi, au niveau de l'espace pidural antrieur pr-ligamentaire, deux compartiments, un droit et un gauche, susceptibles d'orienter la migration des hernies discales. Il existe galement une membrane pridurale, fibreuse, qui s'tend, de chaque ct, entre le ligament longitudinal postrieur et la surface postrieure des corps vertbraux. A l'tage discal ces structures Page 15 sur 45

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ligamentaires se confondent avec l'annulus. La membrane pridurale est parcourue sur sa face dorsale par des veines qui la traversent en de multiples endroits pour s'tendre sur le corps vertbral. Cette membrane double le canal osseux tout autour de la dure-mre, se prolongeant dans les foramen autour des racines. La veine basivertbrale merge la face postrieure du corps vertbral (entre la vertbre et le ligament longitudinal postrieur) et se runit l'anastomose rtrocorporale qui met en communication les veines longitudinales antrieures. Celles-ci sont disposes de part et d'autre du ligament longitudinal postrieur en veines pidurales antro-latrales internes et externes. Il existe donc de part et d'autre du ligament longitudinal postrieur deux groupes de systmes veineux longitudinaux avec des anastomoses transversales en barreaux d'chelle. Ces plexus se drainent dans les veines lombaires ascendantes et azygos. La graisse de l'espace pidural antrieur est surtout abondante en arrire de L5, L5-S1 et S1. L'espace pidural postrieur est compris entre la face postrieure de la dure mre et les ligaments jaunes, recouvrant partiellement les lames vertbrales. Il contient du tissu graisseux abondant et des plexus veineux. Un cloisonnement mdian de cet espace a t retenu par certains auteurs et attribu la prsence d'un pli mdian de la dure mre (plica mdiana dorsalis). En fait cette plica, semble-t-il, n'a jamais t visualise spontanment en imagerie et parat plutt correspondre, au moins en partie, un artefact de dcollement du tissu graisseux. Les ligaments jaunes forment la limite postrieure de cet espace pidural et sont bien visualiss dans le plan axial transverse o leur paisseur est normalement de 3,5 5,5 mm. C'est dans la rgion lombaire qu'ils sont le plus pais. Leur constitution riche en lastine et faible en collagne type I explique que l'intensit du signal IRM. du ligament jaune en pondration T1 est lgrement plus leve que celle des autres ligaments rachidiens. Chaque ligament s'insre en haut sur la face antrieure de la lame sus-jacente et en bas le bord suprieur de la lame sous-jacente. Il recouvre la partie antro-interne de la capsule articulaire interfacettaire. Rachis thoracique (ou rachis dorsal) Structures osseuses Aux extrmits sont disposes les vertbres transitionnelles TI, TI0, TII, TI2. Processus pineux est long, oblique en caudal, descend la moiti du corps de la vertbre sousjacente. Processus transverse est trs long, oblique en dorsal, en forme de massue, il prsente une facette articulaire pour une cte (il existe six facettes articulaires costales sur une vertbre thoracique). Processus articulaire est fortement verticalis dans un plan frontal; la surface articulaire craniale regarde en dorsal, la surface articulaire caudale regarde en ventral. Le Foramen Vertbral est arrondi et petit.

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T I, T IO, T I1, TI2 prsentent des variations de nombres des facettes articulaires costales. (voir schma) Au niveau du rachis thoracique on note la prsence des surfaces articulaires costales. L'orientation des surfaces articulaires des processus articulaires est dans un plan frontal.

Les corps vertbraux Ils sont convexes en avant et concaves en arrire. Le diamtre antro-postrieur est gal au diamtre transversal. A la partie postrieure des faces latrales du corps vertbral, il existe des surfaces articulaires : les fovea costales, deux crniales (suprieures), deux caudales (infrieures). Les corps de D11 et D12 ne possdent pas de fovea costale. Le corps de D10 n'a pas de facette costale infrieure. Les pdicules sont obliques en arrire et en dehors. Les lames sont larges et courtes. Elles sont verticales et se superposent (absence d'espace interlamaire). Le processus pineux est long et trs oblique en arrire et en bas. Les processus articulaires ont une situation frontale. Les facettes articulaires crniales (suprieures) sont orientes en arrire en haut et en dehors, les facettes articulaires caudales (infrieures) sont orientes en avant en bas et en dedans. Les processus transverses sont obliques en dehors et en arrire. A la face antrieure de leur sommet il existe une facette articulaire qui rpond la tubrosit costale. Le canal vertbral Il a un diamtre relativement constant et une morphologie circulaire, sauf au niveau de la rgion thoracique haute o il se rapproche de la morphologie du canal cervical et la rgion thoracique basse o il prend un aspect triangulaire. Le diamtre des foramens est rduit par les ttes costales.

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Les disques intervertbraux Ils sont moins pais que les disques lombaires ou cervicaux. Ils ont une paisseur de l'ordre de 3 5 mm qui est dans l'ensemble assez uniforme sur toute la hauteur du rachis thoracique. La cyphose thoracique est lie la disparit entre la hauteur antrieure et postrieure des corps vertbraux. Espace pidural La graisse pidurale est abondante en arrire du fourreau dural et latralement dans les foramen intervertbraux. Par contre il y a moins de graisse au niveau de la partie antrieure de cet espace pidural que dans la rgion lombo-sacre. Le ligament longitudinal postrieur (de mme que le ligament longitudinal antrieur) est plus pais que dans les rgions cervicale et lombaire. Rachis cervical Il est constitu de deux segments : la charnire crnio-rachidienne et le rachis cervical infrieur de C3 C7. Structures vertbrales La vertbre cervicale type prsente un corps quadrangulaire dont la face suprieure est caractrise par la prsence d'uncus, surlvations latrales du plateau suprieur, surtout dveloppes sa partie postrieure, et qui s'adaptent dans les encoches correspondantes postro-latrales du plateau infrieur sus-jacente. Il s'agit d'une pseudo-articulation, dnomme articulation unco-vertbrale de Luschka. Les pdicules sont trs courts, obliques en arrire et en dehors. Les processus transverses ont la morphologie de gouttires, et sont perces d'un foramen transversaire dans lequel chemine le paquet vasculo-nerveux vertbral (le plus souvent partir de C6). Le processus transverse se termine par deux tubercules (1 antrieur, 1 postrieur). Les processus articulaires sont volumineux et prsentent 2 facettes articulaires, une suprieure oriente en arrire et en haut, une infrieure oriente en avant et en bas. Les lames sont longues et embotes les unes sur les autres (les espaces interlamaires sont troits sauf en C1-C2). Les processus pineux sont bifides sauf en C7 qui a la particularit d'avoir l'pineuse la plus longue. Le foramen la mme orientation que le processus transverse (oblique en dehors de 40deg. avec le plan sagittal et vers le bas de 15deg. avec le plan horizontal).

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Deux vertbres ne rpondent pas cette description, l'atlas et l'axis : l'atlas (premire vertbre cervicale) est dpourvue de corps et d'pineuse, elle est forme d'un arc postrieur runi par deux masses latrales qui supportent le poids de la tte. Elles prsentent chacune 4 faces : une face suprieure, oriente en haut et en dedans qui s'articule avec le condyle occipital, une face infrieure oriente en bas et en dedans qui rpond l'articulaire suprieure de l'axis, une face externe avec le processus transverse, une face interne avec le tubercule d'insertion du ligament transverse. L'axis (deuxime vertbre cervicale) est caractrise par la prsence d'une grosse apophyse situe sur la face suprieure du corps : l'odontode, qui prsente 4 portions : la base, le col, le corps, l'apex. Ses processus articulaires sont dcales les uns par rapport aux autres : les suprieurs sont situs de part et d'autre de l'apophyse odontode et sont orients en haut et en dehors, les infrieurs sont situs plus en arrire, sous les lames. Son pineuse est hypertrophie, plus volumineuse que les sousjacentes. Canal vertbral cervical Il est triangulaire sommet postrieur ; il diminue de taille de C1 C3. Le diamtre antro-postrieur minimum est de 18 mm en C1, 16 mm en C2, 13 mm de C3 C6 et 14 mm en C7. Il contient la moelle pinire et les racines rachidiennnes, entoures par les enveloppes mninges. La dure-mre est spare des parois du canal par l'espace pidural sauf a son extrmit suprieure o elle se fixe la face postrieure du corps de l'axis et au prioste du trou occipital. L'espace pidural L'espace pidural cervical entoure la dure-mre qui devient libre sous le corps de l'axis. Il est situ entre la dure-mre et les parois du canal limit en avant par le ligament longitudinal postrieur les disques et les corps vertbraux et arrire par les ligaments jaunes et les lames. Les ligaments jaunes sont moins pais qu' l'tage lombaire. L'espace pidural cervical est pauvre en graisse contrairement l'espace pidural lombaire, mais riche en plexus veineux qui s'tendent latralement dans les foramens, notamment leur partie suprieure, et moulent les lments nerveux foraminaux. Foramen intervertbral Il est limit par l'articulation zygapophysaire (recouverte par le ligament jaune) en arrire, les corps, le disque et l'uncus en avant et les pdicules en haut et en bas. Ils contiennent leur partie infrieure les racines rachidiennes (racines antrieure, racine postrieure avec le ganglion spinal) et leur partie suprieure des veines, les plexus veineux foraminaux qui moulent les structures nerveuses. Il existe huit paires rachidiennes cervicales de chaque ct, C8 sortant par le foramen C7-D1. Ils sont orients vers l'avant 45deg. par rapport au plan sagittal et se prolongent par les gouttires transversaires perfores par le foramen de l'artre vertbrale. La superposition des foramens transversaires constitue le canal transversaire qui contient le paquet vasculo-nerveux vertbral spar du disque par l'uncus. Le disque Les disques intervertbraux ont une composition identique celle des disques thoraciques et lombaires. Leur expansion latrale est limite par la prsence d'uncus qui vitent le bombement latral du disque et par l une ventuelle compression de l'artre vertbrale. Ils ont une morphologie cuniforme, plus pais leur partie antrieure avec pour consquence la lordose cervicale. Les articulations des processus articulaires Ces articulations sont des arthrodies constitues d'une capsule fibreuse revtue d'une membrane synoviale et renforce en arrire par un ligament. Chaque surface articulaire est revtue d'un Page 19 sur 45

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cartilage. L'interligne est oblique par rapport un plan horizontal (les facettes articulaires, dans le plan frontal, sont inclines de haut en bas et d'avant en arrire approximativement de 45deg.). Cette obliquit plus importante au niveau du rachis cervical qu'au niveau du rachis lombaire ou thoracique et la prsence de capsule plus lche permet des mouvements tendus. Articulations de la charnire crnio-rachidienne Les articulations entre les condyles occipitaux et l'atlas, l'atlas et l'axis, l'odontode et l'atlas, sont des articulations synoviales. L'articulation de l'occipital avec l'atlas, articulation atlanto-occipitale, met en rapport les condyles occipitaux, convexes d'avant en arrire, obliques en avant et en dedans et les cavits glnodes de l'atlas, souvent bilobes, obliques en avant et en dedans, surface concave. Des ligaments renforcent la capsule (membrane atlanto-occipitale antrieure et postrieure). Les articulations latrales entre l'atlas et l'axis, articulations atlanto-axodiennes latrales, sont situes dans un plan plus antrieur que les facettes sous-jacentes. Les surfaces articulaires de l'atlas sont lgrement concaves (rendues convexes par le cartilage d'envotement) et orientes en bas et en dedans. Les surfaces articulaires de l'axis sont orientes en haut et en dehors. La capsule est renforce par les membranes atlanto-axodiennes antrieure et postrieure. L'articulation entre l'atlas et la dent (l'odontode), atlanto-axodienne mdiane, (ou atlodoodontodienne), est une trochode (un pivot, l'odontode, autour duquel tourne l'atlas et la tte). La face antrieure de l'odontode s'articule avec l'arc antrieur de l'atlas et sa face postrieure avec le ligament transverse. De nombreux ligaments peuvent tre identifis au niveau de la charnire crnio-rachidienne : le ligament de l'apex de la dent et les ligaments alaires entre l'occipital et l'odontode ; le ligament cruciforme et le ligament occipito-axodien (membrana tectoria) entre l'occipital et le corps de l'axis ; les membranes atlanto-axodiennes antrieures et postrieures des articulations atlanto-axodiennes latrales ; les membranes atlanto-occipitales antrieure et postrieure entre le trou occipital et l'atlas. Le ligament cruciforme prsente deux faisceaux, l'un transversal qui correspond au ligament transverse, l'autre longitudinal entre le trou occipital et le corps de l'axis.

Biomcanique de la colonne vertbraleNaissance, Phylognse Lintrt des hommes pour expliquer le comportement du vivant a toujours t vif, sans doute par limportance des dfis poss. Cest pourquoi, le dveloppement de la biomcanique dj voqu par Aristote (384-322 av. JC) dans son trait De motus animalium met en jeu, de nos jours, une subsidiarit des recherches entre physique, chimie, mcanique, biologie, mdecine, chirurgie, De grands noms jalonnent lhistoire de la biomcanique. Sans tre exhaustif, on peut citer : Aristote (384-322 av. JC) sur le mouvement des animaux, Archimde (287-212 av. JC), Galien sur lanatomie qui furent sans doute les premiers biomcaniciens. La renaissance est une des priodes les plus prospres pour la connaissance scientifique. On peut alors citer Lonard de Vinci (1452-1519) et ses travaux sur le mouvement du corps humain, Galile (1564-1642) dabord mdecin avant dtre physicien. Le terme biomcanique semble avoir t utilis pour la premire fois en 1887 par M. Benedikt (Uber mathematische Morphologie und Biomechanick). Parmi les recherches marquantes de cette priode, on peut ainsi citer celle de Wolf sur ladaptabilit dun tissu osseux, de Fahraeus sur Page 20 sur 45

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la microcirculation, de Bernstein sur ltude du mouvement et plus rcemment, celles de Copley, Scott-Blair, Burton, Born, Fung, Skalak, Mow... Enfin plus prs de nous, la dcouverte de grands mcanismes physiologiques (Vane et Moncada pour les prostaglandines, Furchgott pour le No, travaux couronns par 2 prix Nobel...) ont permis de mieux apprhender le rle des contraintes locales sur la physiologie cellulaire et le remodelage tissulaire. Ce bref rappel historique qui couvre 25 sicles montre lvolution des proccupations initiales dAristote qui furent reprises aux cours des sicles pour aboutir aux concepts les plus modernes de la bio-ingnierie. La marche bipde Ltre humain peut maintenir la position debout sans flchir les genoux contrairement au gorille. La lordose de la rgion lombaire chez lhomme nest retrouve dans aucune autre espce. Par opposition lhomme, la colonne vertbrale des primates est globalement cyphotique ce qui est incompatible avec la position rige. Ceci explique pourquoi la position bipodale et la marche chez les primates sont trs limites et ncessite le plus souvent lutilisation de leurs longs bras comme bquilles. La verticalisation La verticalisation des vertbrs et la longue marche de lhomo ont entran une antversion pelvienne avec inclinaison vers lavant de la pente sacre. Le rachis va alors prsenter deux lordoses lombaire et cervicale permettant la tte de se centrer sur le bassin et la ligne de gravit. La rsistance du rachis augmente du fait des courbures lordotiques, mais vont apparatre des pathologies spcifiques telles que lhypercyphose et lhyperlordose. De Victor Hugo Walt Disney, le bossu de Notre Dame traverse les sicles et interpelle lorthopdiste. La position assise moderne semble gnrer plus dhypercyphoses que le bacille de Koch de la tuberculose il y a quelques annes. Vritable problme de sant publique mdiatis chaque rentre scolaire par le poids du cartable et le mobilier scolaire, la cyphose va saccentuer progressivement lge adulte et surtout chez le vieillard ostoporotique. La marche devient alors impossible sans canne et la respiration de plus en plus difficile. 4 Les dviations antro-postrieures du rachis sont habituellement dsignes sous le nom de cyphose et de lordose. Le terme cyphose drive du grec : dos vot et sapplique aux dviations vertbrales convexit postrieure, habituellement thoraciques. Le terme lordose signifie courb et sapplique aux courbures convexit antrieure, habituellement lombaires. Il existe dans le plan sagittal une cyphose et deux lordoses physiologiques lombaire et cervicale. Ces courbures sont la consquence de la verticalisation et de la bipdie. La premire empreinte de pied bipde a t retrouve il y a 4 millions dannes dans les cendres du volcan de Laetoli en Tanzanie.

4 La Cyphose de ladolescent et de ladulte en pratique de Mdecine Manuelle. Jean-Claude de Mauroy - Clinique du Parc Lyon (source)

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Il est tablit une adaptation musculaire des membres infrieurs avec dveloppement du quadriceps et des grands fessiers. La tubrosit tibiale antrieure se dveloppe au fur et mesure que le quadriceps stabilise le genou en extension. Le grand fessier joue le mme rle dextension de la hanche, il est caractristique de lhomo sapiens et bien reprsent sur les statuettes palolithiques. Lextension des membres infrieurs rehausse le centre de gravit de 30% environ par rapport au grand singe, de telle sorte quil se projette au niveau du bassin en avant de la deuxime vertbre sacre. 9

Le bassin est un compromis entre les ncessits de la marche bipde et de la reproduction. Llargissement justifi par laugmentation de la taille du crne est frein par le risque dhyperpression sur la tte lors de lappui unipodal. Cest la balance de Pauwels. De vertical chez le grand singe il est antvers chez lhomo sapiens. Linsertion de muscles sur la crte iliaque tels que iliocostaux vont permettre la dissociation du bassin par rapport au tronc et le pas pelvien horizontal caractristique de la tridimensionnalit de la marche. La tension des fascias superficiels qui permettent une verticalit sans contraction musculaire sadapte. Cest sur ces fascias quagissent les techniques dtirement de la chane postrieure type Mzires.

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Le rachis se redresse avec cration de 2 lordoses, la lordose lombaire et la lordose cervicale. Ces 2 lordoses permettent un positionnement de la tte sur la ligne de gravit et augmentent globalement la rsistance du rachis selon la loi dEuler. La rsistance du fl exible est multiplie par un chiffre gal au nombre du carr de courbures plus 1 (R = N2 + 1), cest dire 10 fois plus de rsistance que lorsque le dos est plat.

Le trou occipital se mdialise. De postrieur chez le grand singe il devient mdian chez les homos, ce qui permetun excellent quilibre de la tte sur le rachis cervical. La musculature cervicale postrieure saffi ne avec notamment diminution du volume des pineuses.

Equilibre

Dfinition a plum line ou la position conomique : L'quilibre du tronc a t particulirement tudi par les chirurgiens du rachis. L'importance du "profil du rachis" est apparue progressivement dans la littrature grce l'observation des perturbations de l'quilibre sagittal. La ralisation de longues arthrodses pour scoliose, sans restitution correcte du plan sagittal , a permis d'observer l'apparition ou l'aggravation de cyphoses associes. Mais, pendant longtemps, l'analyse est reste trs lmentaire, s'intressant essentiellement la lordose lombaire. Les travaux rcents, beaucoup plus sophistiqus, analysent de nombreux paramtres : ils montrent que cet quilibre sagittal est avant tout la manifestation d'une stratgie posturale parfois trs diffrente d'un sujet l'autre. L'interrelation entre le rachis et le socle pelvien a t remarque plus tardivement. Ds 1980, Dubousset a soulign cette notion en considrant le bassin comme une " vertbre pelvienne ". Stagnara (1982) a montr l'troite corrlation existant entre la lordose lombaire et la pente sacre. During fournit un paramtre angulaire valuant l'orientation dans le plan sagittal du sacrum : l'angle pelvi-sacr (1985). L'tude barycentimtrique de Duval-Beaupre a donn une autre dimension ces observations radiologiques : l'ensemble rachis-pelvis s'organise pour atteindre un quilibre dit "conomique ". Chaque sujet est caractris par un paramtre " morphologique ", " l'incidence " qui reprsente de faon schmatique " l'paisseur du bassin ". L'adaptation d'autres facteurs, comme la version pelvienne (c'est--dire la bascule du bassin), et les paramtres rachidiens (angle de bascule du sacrum, lordose lombaire, cyphose thoracique en particulier) permet de positionner de faon spcifique par rapport au socle pelvien le centre de

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gravit du segment corporel support par les ttes femorales. Cette position permet de maintenir l'quilibre au prix d'un effort musculaire minimal. Les travaux de Legaye ont prcis ces donnes en insistant sur une chane d'interdpendance entre les paramtres pelviens et rachidiens, notion reprise par des tudes plus rcentes (Rillardon) 5 Modles danalyse Depuis quelques annes, les paramtres sagittaux de la colonne sont devenus des lments incontournables des bilans du rachis. Cest ainsi que des paramtres dfinis mais mconnus ont rvl leur importance. La connaissance de ces paramtres est essentielle ; mais encore faut- il savoir en tirer parti ! 6 Mesures cliniques Les premiers paramtres sont cliniques et sont obtenus par la mesure des flches sagittales ; ils permettent de dgager les notions bien connues de lordose lombaire, cyphose thoracique, ant ou rtroposition du bassin. Mesures radiologiques Aux mesures classiques des angles de lordose lombaire, cyphose thoracique sajoutent des paramtres ayant rapport au bassin: Paramtre anatomique IP : incidence pelvienne : angle form par la droite reliant le milieu de laxe des coxo-fmorales au centre du plateau sacr avec la perpendiculaire ce plateau en son centre ; ces lments sont constants chez un individu donn et ne varient que trs peu avec lage Paramtres positionnels PS : pente sacre : angle form par linclinaison du sacrum avec lhorizontale V : version pelvienne : angle form par la droite reliant le milieu de laxe des coxo-fmorales au centre du plateau sacr avec la verticale Formule retenir IP = V+PS Angle de bascule : Angle form par la droite mene du centre du plateau sacr au centre du corps vertbral de la vertbre correspondant au point dinflexion (endroit du passage de lordose en cyphose) Il dfinit lorientation globale de la lordose. Le point dinflexion doit se situer en arrire de la verticale au centre du plateau sacr pour que lon puisse considrer que la lordose soit suffisante.

Stabilit rachidienne La stabilit rachidienne est assure grce : Lempilement des corps vertbraux et des apophyses articulaires Les anneaux du disque intervertbral Les ligaments intervertbraux Les muscles recteurs du rachis

5 Rflexions sur les rapports entre les hanches et le rachis. J.-Y. Lazennec, G. Saillant Hpital Piti-Salptrire Paris maitrise orthopdique (source) 6 Importance des Paramtres Sagittaux dans la Rducation du Rachis - Jean Louis Vazeux Rsonances Europennes du Rachis - Volume 16 N 50 : 2110-2116, 2009. (source) Page 24 sur 45

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Equilibre hanche-genou-rachis Le complexe rachis-bassin-membres infrieurs est un systme poly articulaire complexe et les segments ar_culaires sont indissociables et il convient donc chaque fois que lon intervient sur une ar_cula_on de maintenir un certain quilibre. Sur le plan anatomique et mcanique, ce problme doit tre envisag dans les 3 plans de lespace : frontal, horizontal et sagittal. En fait ces trois plans sont combins. 7

Dans le plan frontal Dans le plan frontal, sont appliques les notions de balance de Pauwels et des axes mcaniques et anatomiques du membre infrieur. Il peut tre aussi considr les carts varisant

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Equilibre de la hanche rachis genou J-P. CARRET (confrence denseignement) (source)

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Balance de Pauwels :

Il est considr que le bras de levier gravitaire est trois plus grand que le moyen fessier ; ainsi lappui monopodal induit une raction R=4*P. La marche correspond une succession de pas en appui monopodal (sur un pied).A chaque pas la hanche reoit 4 fois le poids du corps.

Ce calcul est tabli sur calques radiologiques et ne prend pas en compte tout les paramtres mais a valeur dexemple en montrant leffort subi par un interligne ne correspondant pas au seul poids du corps mais laddition algbrique de ce poids avec la force dploye par les muscles pour lquilibrer.

Figure 1

En appui monopodal, le poids du corps en charge est celui du corps moins le poids du membre infrieur portant (dessous de la hanche concerne). Sa ligne gravitaire, verticale par dfinition, est, de ce fait, dplace vers le membre non portant denviron 5cm. Laction quilibratrice est centre sur le moyen fessier et plus spcialement sur sa fibre moyenne ; le vecteur est toujours dirig obliquement en bas et en dehors. La rsultante est construite partir des deux vecteurs prcdents. Elle est oblique en bas et en dehors, environ 16 (fig. 2) et en passant par la tte fmorale. 8

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Laxe mcanique du membre infrieur : Il correspond un axe qui passe par les trois centres articulaire de la hanche, du genou et de la cheville. Il correspond donc une droite qui relit le centre de la tte fmorale, le centre du plateau tibial (interligne articulaire fmoro-tibiale) et le centre de la poulie du talus. Cette ligne est confondue avec laxe du squelette de la jambe, mais forme un angle de 6 avec celui du fmur. 3 centres articulaires de la hanche (H), du genou (K) et de la cheville (A) sont aligns sur une mme droite (HKA) qui est laxe mcanique. (voir fig 4)

8 Biomcanique fonctionnelle: rappels anatomiques, stabilits, mobilits ... Par Michel Dufour,Michel Pillu (source) Page 26 sur 45

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Laxe anatomique du membre infrieur : Ce sont des axes des diaphyses osseuses du membre infrieur. Laxe de la diaphyse fmorale est oblique en bas et en dedans. Laxe de la diaphyse tibiale est peu prs vertical. Ainsi, en raison du porte--faux du col fmoral, laxe de la diaphyse fmorale nest pas situ exactement dans le prolongement de laxe de la diaphyse tibiale. Ces deux os vont donc former un angle obtus, ouvert en dehors, denviron 170-175 (SKA): cest le valgus physiologique.

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Les carts varisants9 : Du fait de l'cartement plus grand des hanches par rapport aux chevilles, l'axe mcanique du membre infrieur est lgrement oblique en bas et en dedans, formant un angle de 3 avec la verticale. Cet angle est d'autant plus ouvert que le bassin est plus large, comme c'est le cas chez la femme. Cela explique aussi pourquoi le valgus physiologique du genou est plus marqu chez la femme que chez l'homme.1 La mesure de ces angles est toutefois insuffisante pour apprcier les contraintes s'exerant sur les diffrentes surfaces articulaires du genou ncessitant l'introduction de la notion d'cart varisant.2 Driv du schma propos par Maquet, l'tude des carts varisants cherche quantifier le bras de levier des contraintes gravitaires. Elle consiste mesurer, la hauteur du genou, la distance qui spare la ligne gravitaire du centre du genou. Sur un membre infrieur normo-ax, cet cart est faiblement dpendant de la morphologie du bassin (angle a) et qualifi de ce fait d'extrinsque (fig. 5).

9 Anomalies morphologiques des membres infrieurs dans la gonarthrose ; A. Gray, M Meyer, F. Leyvaz (source) Page 27 sur 45

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o Lorsque le genou est dvi en varus, l'incurvation du membre loigne le centre du genou endehors de l'axe mcanique en majorant l'cart varisant d'une valeur proportionnelle l'angulation. Ce supplment d'cart li la morphologie du membre est qualifi d'intrinsque. Il s'ajoute l'cart extrinsque pour former l'cart varisant global constituant un bras de levier major pour les forces gravitaires (fig. 5). o Lorsque le genou est dvi en valgus, l'incurvation du membre rapproche le centre du genou de la ligne gravitaire en faisant passer le centre du genou en dedans de l'axe mcanique global. La morphologie du membre cre cette fois un cart intrinsque valgisant qui vient thoriquement en dduction de l'cart varisant extrinsque pour diminuer le bras de levier des forces gravitaires. L'cart varisant extrinsque peut se trouver seulement rduit si la dformation est peu importante (fig. 6). Si la dformation est marque, le centre du genou se dplace au-dedans de la ligne gravitaire et les forces normalement varisantes deviennent valgisantes la faveur de l'apparition de cet cart valgisant extrinsque (fig. 6B).

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Dans le plan horizontal 10 : o C'est dans le plan horizontal que se matrialise les anomalies de torsion du squelette du membre infrieur. La torsion squelettique se dfinit comme une dformation de l'os autour de son axe longitudinal. Elle est opposer la rotation qui reprsente le mouvement possible de cet os autour de cet axe. o Bien qu'tudie depuis la fin du XIXe sicle, la problmatique des torsions essentielle en terme d'arthrose et critre d'alignement rotatoire des implants prothtiques est un sujet encore mal connu, ceci malgr les rcentes acquisitions de l'osto-densitomtrie. o Deux index de mesure ont t proposs pour l'essai d'une classification des diffrents morphotype rencontrs dans ces anomalies de torsion : L'index de torsion tibio-fmoral de Lerat3 mesurant la diffrence entre la torsion tibiale externe et l'antversion fmorale (20 en moyenne). L'index de cumul des torsions de Duparc et Thomine4 qui est la somme algbrique des torsions fmorales et tibiales (11,7 en moyenne). o Cliniquement, les mthodes de mesure sont trs imprcises. Au niveau du fmur, l'antversion fmorale s'apprcie en comparant la prvalence de la rotation interne sur la rotation externe de la hanche, le patient tant en dcubitus ventral, sa hanche en extension et le genou flchi 90. La torsion tibiale s'apprcie en dterminant l'angle form par l'axe bimallolaire par rapport au plan sagittal de symtrie du corps. Il est galement utile d'apprcier la mesure de l'angle du pas. En fait, seules les mesures tomo-densitomtriques sont actuellement les plus fiables et les plus utilises, le scanner pouvant tre ralis selon l'angle du pas.

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Les torsions se modifient avec l'ge et voluent jusque vers la fin de la croissance. Au niveau fmoral, il se produit chez l'humain une torsion puis une dtorsion fmorale, l'anttorsion de l'extrmit suprieure du fmur diminuant progressivement jusqu' l'ge adulte. A la naissance, elle est de 35 41 pour diminuer vers une anttorsion moyenne dfinitive de 12 15 14 ans (fig. 9). L'volution de la torsion tibiale passe d'une torsion tibiale interne la naissance vers une torsion tibiale externe de 19,5 en moyenne avec une importante marge de variation de 20 (fig. 10).

10 Anomalies morphologiques des membres infrieurs dans la gonarthrose ; A. Gray, M Meyer, F. Leyvaz (source) Page 29 sur 45

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Dans le plan sagittal 11 : Le problme est un petit peu plus complexe. Beaucoup de travaux ont t raliss sur ce sujet et lon citera ceux de DUVAL-BEAUPERE, LAZENNEC, ROUSSOULY et VAZ. On peut retenir trois paramtres anatomiques qui sont lis les uns aux autres : o Lincidence pelvienne qui correspond langle form par une droite perpendiculaire au plateau sacr et la droite qui part du centre du plateau sacr au centre de la hanche. o La pente sacre correspond linclinaison du plateau sacr par rapport lhorizontale. o La version pelvienne correspond langle form par la verticale et une droite qui relie le centre de la hanche et le centre du plateau sacr.

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Il existe une loi de comportement rachis bassin : Quand la lordose lombaire diminue, la rtroversion du bassin augmente, lextension des hanches augmente et les genoux flchissent (voir ci-dessous).

11 Equilibre de la hanche rachis genou J-P. CARRET (confrence denseignement) (source)

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Morphotypes et risques dgnratifs Dsquilibres et compensation

Cas dquilibre dans les troubles 12 Physiologiquement, de face, en position debout, il existe une situation d'quilibre, le centre de gravit de la partie du corps supporte par les ttes fmorales s'inscrit l'intrieur de la base de sustentation. Cet quilibre est dit conomique si la ligne de gravit du tronc se projette au centre de cette base de sustentation. La patiente de la fig 1 ci aprs est en quilibre, elle supporte la position debout, mais sa position d'quilibre n'est ni stable ni conomique; le maintien de cette position ncessite des efforts musculaires accrus, asymtriques, pouvant tre l'origine d'une symptomatologie douloureuse. L'analyse d'un grand format de face est donc, en terme d'quilibre, relativement simple. Il est admis que le centre de gravit du tronc se projette en T9 ; la ligne de gravit trace partir de cette vertbre doit donc, en cas d'quilibre stable et conomique du rachis, passer par le milieu de la droite unissant le centre des deux ttes fmorales. En dehors de cette

Figure 1. Exemple d'un dsquilibre latral.

12 Journal de Radiologie, Vol 83, N 9-C2 - septembre 2002, pp. 1143-1147, Les troubles de la statique rachidienne de l'adulte, Socit Franaise de Radiologie (SFR), PGuiguiGMorvan (source) Page 34 sur 45

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situation, il existe un dsquilibre rachidien de face. En fait, cette analyse n'est pas si simple qu'elle parat car elle dpend de deux facteurs, la position de l'ensemble du rachis bien sr, mais galement la position du bassin. En effet, un bassin dsquilibr, oblique, peut induire un dsquilibre du rachis. Il convient donc, avant de parler de dsquilibre rachidien de face, de s'assurer de la bonne position du bassin. D'une faon gnrale et nous le reverrons dans l'tude du clich de profil, les relations rachisbassin et, plus gnralement, rachis-bassinmembres infrieurs, sont troites et indissociables. L'analyse de la position de l'un de ces lments doit toujours tenir compte de la position des deux autres. L'analyse de l'quilibre de profil est plus complexe, notamment en raison de la prsence de plusieurs courbures rachidiennes. De mme, de face, il existe de profil une situation d'quilibre stable et conomique. De faon simple et en premire analyse, il est possible de dire que cette situation est prsente si la ligne verticale dbutant en haut au niveau des conduits auditifs internes, passe en bas en avant du coin antrieur du plateau sacr et en arrire du centre des deux ttes fmorales. Plus prcisment, sachant que le centre de gravit du tronc se situe en moyenne 5 cm en avant de T9, la ligne de gravit doit en moyenne passer 3 cm en arrire du centre des deux ttes fmorales.

Figure 2. Inter-relation rachis-bassin.Toute modification de l'orientation du bassin dans le plan anrropostrieur peut entraner une variation de la lordose lombaire et inversement.

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Tout le problme de profil va tre d'analyser la position de cette ligne de gravit en fonction de la nature et de l'importance des diffrentes courbures rachidiennes et de la position du bassin. Intrinsquement, par exemple, une augmentation de la cyphose thoracique ou l'inverse une diminution importante de la lordose lombaire peut induire un dsquilibre antrieur du tronc. Peut-on pour autant parler de cyphose thoracique normale ou de lordose lombaire normale au-del ou en de desquelles un dsquilibre du tronc apparatrait ? Non, car une hypercyphose thoracique peut tre compense par une hyperlordose lombaire et inversement. De mme, intrinsquement, toute modification d'orientation du bassin dans le plan antropostrieur (ant ou rtroversion pelvienne) peut induire un dsquilibre du tronc. Mais l encore, une antversion excessive du bassin peut tre compense par une variation de la lordose lombaire dans le but de maintenir un quilibre le plus conomique possible du troncFigure 2 . Enfin, l'tat des hanches doit galement tre pris en compte. En effet, un flessum de hanche peut modifier la position du bassin qui peut, dans un premier temps, tre compense par une variation de la lordose lombaire afin d'viter l'apparition d'un dsquilibre antrieur du tronc. Ainsi, et plus ici encore que dans l'analyse de la radiographie de face, une situation d'quilibre ou de dsquilibre doit tre analyse, non pas en fonction d'un paramtre, mais en fonction des relations existant entre les diffrents paramtres pouvant modifier cet quilibre: valeur angulaire des diffrentes courbures rachidiennes, position spatiale du bassin, tat des membres infrieurs et notamment des hanches. L'interrelation entre ces diffrents paramtres de l'quilibre sagittal du rachis est bien illustre Figure 3. Le problme initial, illustr dans cet exemple, est celui d'une fracture tassement ostoporotique banale de L1. Cette fracture est l'origine d'une cyphose thoraco-lombaire en apparence modre. L'erreur serait ici de ne faire qu'une analyse partielle du problme et de ne

Figure 3. Exemple d'un dsquilibre antrieur secondaire une fracture du rachis thoracolombaire.

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traiter cette fracture que par une simple ostosynthse postrieure en place de la lsion. Il existe une situation de dsquilibre, la ligne de gravit passe nettement en avant des ttes fmorales. Ce dsquilibre est cependant en partie compens ce qui masque son importance. La lordose lombaire est en effet trs diminue et le bassin est nettement rtrovers, ce qui tend ramener le tronc en arrire, diminuant ainsi l'impression de dsquilibre antrieur. Immobiliser en place cette fracture par une arthrodse antrieure ou postrieure, sans restaurer un quilibre correct du rachis, expose plus ou moins long terme, aux risques de non consolidation de la greffe, de rupture du matriel d'ostosynthse, de dgradation des tages sus-jacents la zone de fusion et, finalement, de mauvais rsultat clinique. Dans ce cas, il faut prendre en compte le dsquilibre antrieur et proposer, non seulement une ostosynthse de la fracture, mais galement une correction de celui-ci, par exemple, par une ostotomie de fermeture postrieure afin de ramener l'ensemble du tronc vers l'arrire. Lors de l'analyse d'une situation de dsquilibre antropostrieur, il faut tout d'abord estimer les diffrentes courbures rachidiennes, cyphose thoracique et lordose lombaire, en gnral entre les vertbres les plus inclines sur l'horizontale. Il faut ensuite valuer la position spatiale du bassin par l'intermdiaire de 3 paramtres Figure 4. o la pente sacre, angle entre l'horizontale et la tangente au plateau sacr ; o l'incidence pelvienne, angle entre la perpendiculaire au milieu du plateau sacr et la droite unissant le milieu des ttes fmorales au milieu du plateau sacr ; o la version pelvienne, angle entre la droite unissant le milieu du plateau sacr, les ttes fmorales et la verticale.

Figure 4. Les paramtres pelviens de l'quilibre sagittal du rachis.

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Altrations de lquilibre Variations Elles sont nombreuses. On peut citer notamment :

corps vertbraux : Dpression postrieure des plateaux correspondant des rsidus notochordaux, noyau d'ossification secondaire non fusionn en regard des angles antrieurs des corps vertbraux.

arcs postrieurs : Amincissement pdiculaire (charnire dorso-lombaire), hypoplasie, agnsie pdiculaire (aux tages lombaire et cervical) ; anomalie des massifs articulaires, notamment variantes morphologiques, absence de fusion de noyau d'ossification secondaire, agnsie de l'apophyse articulaire, ddoublement du foramen transversaire des vertbres cervicales.

Anomalies transitionnelles notamment sacralisation et hmi-sacralisation de L5 : Anomalies les plus frquentes du rachis lombaire (l'hmi-sacralisation est caractrise par une noarticulation entre un processus transverse hypertrophique de L5 et l'aileron sacr). La lombalisation de S1 est moins frquente (disques S1 S2 hypoplasiques, vertbre S1 encastre).

Croissance, renouvellement osseux ou vieillissement Traumatismes Actes chirurgicaux Retour dexprience clinique Lanalyse de la posture Lanalyse de la posture : elle se fait de la tte au pied en ayant pralablement dtect le positionnement de la vertbre pelvienne qui impacte sur lorientation de la colonne vertbrale du fait sa mobilit dant- et de rtroversion. (ligne de gravit) Une bonne posture (quilibre conomique) permet de supporter les charges mcaniques en station rige. Le sujet nest pas strictement immobile et effectue un rquilibrage permanent Chaque composante vertbrale est soumise des efforts de gravit ; des essais statiques et dynamiques in vitro ont dmontr une rsistance la compression de :

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De 1000 4000N pour les cervicales pour des charges physiologiques de 100 400N avec un moment de flexion de 2Nm. De 5000 13000N pour les lombaires pour des charges physiologiques de 3000 5000N avec un moment de flexion de 20Nm. Le rachis lombaire peut supporter des efforts jusqu 500 kg sous rserve de limiter leur dviation. Pour une dviation de 10cm, leffort admissible nest plus que de 20 Kg. Cela indique quil doit tre considr une ligne de gravit ; la dviation de leffort est compense par un effort de rgulation musculaire qui induit une charge de compression accrue, puis une fatigue musculaire et une dgradation du systme rachidien si cette dviation est permanente. (contexte dune hyper-compression et hyper-flexion) Lanalyse de la posture globale est donc essentiel au rtablissement de lquilibre dit conomique , c'est--dire sans trouble postural qui conduirait une complication biomcanique du rachis.

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Cintique

Le sens du mouvement du rachis est dtermin par lorientation des facettes articulaires.

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Au niveau du segment lombaire, le plan des facettes est vertical permettant ainsi la flexion et lextension ; la latro-flexion et la rotation sont quant elles impossibles. Lorientation des facettes dorsales autorise la rotation et la latro-flexion mais limite la flexion et lextension. Les mouvements autoriss sont indiqus par le signe + ; les mouvements interdits sont indiques par le signe .

L'longation et la compression axiale conduisent l'tirement et au tassement du disque.

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Flexion et extension

La flexion latrale Page 41 sur 45

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La rotation axiale

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Lanalyse du mouvement Lanalyse du mouvement: elle permet dtablir pour chaque mouvement vertbral les amplitudes sous charges : - de flexion et dextension - dinflexion latrale droite et gauche - de torsion axiale droite et gauche Des tudes extensives ont permis de caractriser lamplitude sous charge de flexion-extension qui a notamment dmontr une mobilit de 60 du rachis lombaire et de 120 du rachis cervical. Pour le rachis lombaire, limmobilisation des units vertbrales L4-L5 et L5-S1 gnre une perte de la moiti de lamplitude. Pour des patients scoliolitiques traits et ayant perdu en mobilit du tronc, lamplitude coxofmorale (hanche-fmur) peut tre essentielle ; la mobilit du bassin est ainsi plus sollicit.

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Biomcanique osseuseLoi de Wolff Elle correspond la traction exerce par les muscles la priphrie de los ; cette traction excite les cellules sous-priostiques favorisant le dveloppement de los en paisseur par effet de la traction ; En effet la croissance endochondrale est module par des facteurs mcaniques ; Il est not que lhyper pression freine la croissance alors quune diminution des contraintes la stimule. Cest la loi Hueter-Volkmann. Stress sheilding Cest est un phnomne de perte osseuse autour un dun dispositif prothtique ayant pris le relais quant la rsistance aux contraintes mcaniques pralablement assur par la partie osseuse.

Par exemple la figure de gauche ci-dessus montre la radio dun modle animal (chien) avec une rpartition normale de la densit osseuse immdiatement aprs implantation dune prothse orthopdique. La figure de droite montre le mme fmur quelques mois plus tard ou lon observe une perte osseuse significative dans la partie proximale. Cette perte osseuse proximale est due au phnomne de stress shielding ou la contrainte mcanique osseuse est diminues suite a lintroduction dun implant mtallique massif, qui supporte en grande partie leffort devant tre support par le fmur. Dynamisation de la greffe La consolidation osseuse est influence par le taux de vascularisation locale, les facteurs de croissances et hormonales ainsi que par les stimuli mcaniques. Nombreux dispositifs mdicaux intgrent des systmes dits dynamiques afin dacclrer la repousse osseuse notamment dans le cas dune vascularisation pauvre. Caractristiques mcaniques des os13. o Los cortical Los cortical est form dostons orients longitudinalement ; de ce fait, ses proprits mcaniques diffrent en fonction de la direction considre. Cest donc un matriau anisotrope, mais il peut tre considr comme tant transversalement isotrope. En effet dans le plan perpendiculaire la direction longitudinale, les proprits sont dpendantes de la direction.

13 Reilly, D.T. and Burstein, A H The elactic and ultimate properties of compact bone tissue. Journal of biomechanics, 1975 p.393-405 (source) Page 44 sur 45

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Los spongieux caractristiques Human Cancellous Bone Human Cortical Bone 1.62 to 1.95 1704.3 124 to 174 NA 17500 to 18900 85-95 ShoreD

Specific Gravity, (g/cm ) Compressive Strength (MPa) Tensile Strength (MPa) Shear Strength (MPa) Modulus (MPa) Hardness

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0.140.06 0.430.15 1.37 to 1.86, 2.221.42 6.66.3 NA 10 to 500, 900710

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