01.Le rachis dans son ensemble - APS
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Le rachis dans son ensemble Présentation ............................................................................................................................................ 2 1. La vertèbre type.................................................................................................................................. 2 2. Le disque intervertébral..................................................................................................................... 3 2.1. Rôles du disque intervertbral......................................................................................................... 4 3. Les systèmes ligamentaires et musculaires ........................................................................................ 4 3.1. Le système ligamentaire................................................................................................................ 5 3.2. Le système musculaire .................................................................................................................. 5 3.2.1. Action des muscles spinaux................................................................................................ 6 4. Les courbures du rachis ..................................................................................................................... 6 4.1. Courbures rachidiennes et charge sur la charnière lombo-sacrée.................................................... 7 Conclusion .............................................................................................................................................. 8 Références............................................................................................................................................... 8 Présentation La colonne vertébrale ou rachis est l'unité de liaison s'étendant du bassin jusqu'à la base du crâne. Celle-ci est constituée de 24 vertèbres mobiles qui définissent trois segments avec 7 vertèbres cervicales, 12 vertèbres dorsales et 5 vertèbres lombaires. À son extrémité supérieure, la première vertèbre cervicale ou atlas s'articule avec l'os occipital qui forme la base du crâne. En haut du rachis dorsal, elle supporte une vergue transversale : la ceinture scapulaire ou épaule, à laquelle sont suspendus les membres supérieurs. Tout au long du rachis dorsal, elle donne naissance aux points d'insertion des côtes. Dans sa partie inférieure, on trouve le rachis lombaire qui repose sur sa base d'implantation : la ceinture pelvienne. Celle-ci constitue les assises de l'abdomen et réalise la jonction entre les membres inférieurs et le rachis. La ceinture pelvienne ou bassin a la forme d'un entonnoir à grande base supérieure constituée par les deux os iliaques, pairs et symétriques, et le sacrum, emprisonné entre les deux os iliaques, formé par la soudure des cinq vertèbres sacrées. Faisant suite au sacrum se trouve le coccyx qui lui est articulaire. Ce petit os de forme triangulaire est un vestige de la queue des mammifères qui compte trois à cinq vertèbres soudées. Le coccyx est un os quasiment inutile mis à part le faible soutien qu'il procure aux organes pelviens. La rigidité relative du rachis est assurée par des tendeurs ligamentaires et musculaires reliant les différents étages de l'axe à sa base d'implantation : la ceinture pelvienne. La mobilité du rachis est due à la constitution superposée de ses nombreuses pièces osseuses maintenues en relation par l'intermédiaire des ligaments et des muscles. En plus de ce support du tronc, le rachis est également protecteur de la moelle épinière. 1. La vertèbre type Lorsqu'on décompose une vertèbre type en ses différentes parties constitutives, on constate qu'elle est formée de deux parties principales, le corps vertébral en avant et l'arc postérieur en arrière. Sur une vue en éclaté, le corps vertébral est la partie la plus massive de la vertèbre. Il a en général une forme grossièrement cylindrique moins haute que large avec une base d'autant plus importante que l'on se rapproche du sacrum. L'arc postérieur a une forme en fer à cheval et c'est à l'intérieur de l'arc vertébral que passe la moelle épinière. Sur cet arc postérieur viennent se fixer de part et d'autre le massif des apophyses articulaires dont l'orientation est verticale. La partie supérieure et inférieure du massif des articulaires est recouverte de cartilage. Les apophyses articulaires supérieures de chaque vertèbre viennent s'articuler avec 2 les apophyses articulaires inférieures de la vertèbre sus-jacente et réciproquement pour les apophyses articulaires inférieures qui viennent s'articuler avec les apophyses supérieures de la vertèbre sous-jacente. L'arc postérieur se trouve ainsi délimitées en deux parties : d'une part en avant du massif des articulaires se situent les pédicules qui sont attenants au corps vertébral ; d'autre part, en arrière du massif des articulaires, se situent les lames qui fusionnent pour donner naissance à l'apophyse épineuse. Les pédicules présentent une incisure sur leurs bords supérieur et inférieur et circonscrivent ainsi une ouverture latérale appelée foramen intervertébral ou trou de conjugaison entre les deux pédicules adjacents. C'est par cet orifice que sortent les nerfs rachidiens provenant de la moelle épinière. La vertèbre complète comporte aussi les apophyses transverses qui se soudent sur l'arc postérieur à peu près à la hauteur du massif des articulaires. Apophyses transverses et apophyses épineuses sont autant de petits relais osseux où viennent s'insérer les muscles vertébraux. En résumé, la colonne vertébrale est constituée par l'empilement de vertèbres qui se composent en avant d'un corps vertébral discoïde, et en arrière d'un arc vertébral. Le corps vertébral et l'arc postérieur délimitent une ouverture appelée trou vertébral. La succession des trous vertébraux des vertèbres articulées forme le canal vertébral qui renferme et protège la moelle épinière. Tout au long de la colonne vertébrale, du bas vers le haut, chaque vertèbre repose donc sur la suivante en deux points d'appui : en arrière sur les apophyses articulaires et en avant sur le disque intervertébral qui vient s'intercaler entre chaque corps vertébral. 2. Le disque intervertébral Chaque disque intervertébral ressemble à un coussinet constitué de deux parties. La partie centrale est occupée par le nucléus pulposus ou noyaux pulpeux. Celui-ci est constitué d'une substance gélatineuse qui dérive embryologiquement de la chorde dorsale de l'embryon. C'est une gelée transparente, très hydrophile, contenant 88 % d'eau. Il n'existe ni vaisseaux, ni nerfs à l'intérieur du nucléus. La partie périphérique, l'annulus fibrosus ou anneau fibreux est constituée d'une succession de couches fibreuses concentriques, dont l'obliquité est croisée d'une couche à la suivante. On constate aussi que les fibres sont verticales à la périphérie et qu'elles deviennent de plus obliques au fur et à mesure qu'on se rapproche du centre. Ainsi le nucléus se trouve enfermé dans une loge inextensible entre les plateaux vertébraux au-dessus et au-dessous, et par l'annulus fibrosus, extensible et déformable, au contour du nucléus. Cet anneau forme un véritable tissage de fibres, qui chez le sujet sain empêche toute extériorisation de la substance du nucléus. Celui-ci est contenu sous pression dans sa logette, si bien que lorsqu'on coupe le disque horizontalement on voit saillir la substance gélatineuse du nucléus au-dessus du plan de la coupe. 3 2.1. Rôles du disque intervertbral Emprisonné sous pression dans sa logette, entre les deux plateaux vertébraux, le nucléus pulposus a grossièrement la forme d'une sphère. On peut donc, en première approximation, considéré que le nucléus se comporte comme une bille intercalée entre deux plans. Ce type d'articulation dite "à rotule" permet trois sortes de mouvements. Des mouvements d'inclinaison : 1. soit inclinaison dans le plan sagittal : on observera alors une flexion ou une extension 2. soit inclinaison dans le plan frontal : inflexion latérale 3. mouvements de rotation d'un des plateaux par rapport à l'autre 4. mouvements de glissement ou encore de cisaillement d'un plateau sur l'autre. Au total, ce type d'articulation comporte donc une grande possibilité de mouvements avec six degrés de liberté : flexion-extension, inclinaison de chaque côté, glissement sagittal, glissement transversal, rotation droite et rotation gauche ; mais chaque mouvement est de faible amplitude. C'est seulement grâce à l'addition de nombreuses articulations de ce type que peuvent être obtenus des mouvements de grande amplitude. Les disques intervertébraux font aussi office d'amortisseurs lors de la marche, du saut de la course en acceptant les efforts de compression. Des études ont déterminé que la pression exercée sur le nucléus est égale à la moitié de la charge augmentée de 50 % et la pression sur l'annulus égale à l'autre moitié diminuée de 50 %. Ainsi, pour une pression de 40 kgf, il s'exerce 30 kgf sur le nucléus et 10 kgf sur l'annulus. Autrement dit, le nucléus supporte 75 % de la charge et l'annulus 25 %. Ces efforts exercés sur le disque intervertébral sont donc considérables et ceci d'autant plus qu'on se rapproche du sacrum. Enfin, et puisque le disque intervertébral relie le plateau inférieur de la vertèbre sus-jacente au plateau supérieur de la vertèbre sous-jacente, il est aussi un moyen d'union entre les vertèbres qui vient s'ajouter aux unités de liaison que sont les ligaments communs vertébraux antérieurs et postérieur. Ainsi, chaque corps vertébral est maintenu en avant par le ligament commun antérieur, en arrière par le ligament commun postérieur et au centre par les fibres de l'annulus. 3. Les systèmes ligamentaires et musculaires La verticalité de la colonne vertébrale ne pourrait pas être assurée sans la présence des systèmes ligamentaires et musculaires. L'un est dit passif ou système ligamentaire car il n'est pas placé sous le contrôle du système nerveux central. L'autre est dit actif ou système musculaire car il répond aux commandes délivrées par le système nerveux central. 4 3.1. Le système ligamentaire Les vertèbres sont maintenues les unes avec les autres grâce à des ligaments qui s'étendent du sacrum sur lequel ils prennent leurs insertions proximales pour remonter jusqu'à la base du crâne. Comme finalement, les vertèbres présentent deux piliers solidaires ; l'un constitué par le corps vertébral et l'autre par l'arc postérieur, on peut distinguer deux unités de liaison ligamentaires. Les ligaments qui sont annexés au pilier antérieur : ➢ le ligament vertébral commun antérieur, qui s'étend du sacrum jusqu'à la base du crâne sur la face antérieure des corps vertébraux ; ➢ le ligament vertébral commun postérieur, qui, sur la face postérieure des corps vertébraux, s'étend du canal sacré jusqu'à l'apophyse occipital. Entre ces deux ligaments de grande étendue, à chaque étage, la liaison est assurée par le disque intervertébral. Les ligaments qui sont annexés à l'arc postérieur assurent la jonction entre deux arcs vertébraux adjacents. ➢ le ligament jaune, très épais et résistant qui rejoint son homologue sur la ligne médiane et qui s'insère en haut à la face profonde de la lame vertébrale de la vertèbre sus-jacente et en bas au bord supérieur de la lame vertébrale de la vertèbre sus-jacente ; ➢ le ligament interépineux prolongé en arrière par le ligament surépineux. Ce ligament surépineux est très peu individualisé à l'étage lombaire ; par contre, il est très net à l'étage cervical ; ➢ au sommet de chaque apophyse transverse s'insère de chaque côté le ligament intertransversaire ; ➢ enfin au niveau des articulations interapophysaires, il existe de puissants ligaments interapophysaires qui renforcent la capsule de ces articulations. L'ensemble de ces ligaments confère une liaison extrêmement solide entre les vertèbres, tout en fournissant à la colonne vertébrale une grande résistance mécanique et un juste compromis pour lui assurer une bonne mobilité. 3.2. Le système musculaire Les muscles postérieurs du buste sont directement appliqués contre le rachis, d'où leur nom de muscles des gouttières vertébrales, et leurs faisceaux sont d'autant plus courts qu'ils sont plus profondément situés. À leur partie basse au niveau du sacrum, tous ces muscles sont confondus, formant la masse commune ; leurs insertions s'effectuent sur la face profonde d'une épaisse lame tendineuse se confondant en surface avec l'aponévrose du grand dorsal. De la profondeur à la superficie, on trouve : 5 ➢ le transversaire épineux qui est formé de lamelles disposées comme les tuiles d'un toit ; les fibres se détachent des lames et des épineuses des quatre vertèbre sus-jacentes, sont obliques en bas et en dehors, et se terminent sur l'apophyse transverse de la vertèbre sous-jacente ; ➢ les muscles inter-épineux, situés de part et d'autres de la ligne médiane, réunissent les bords de deux apophyses épineuses voisines ; ➢ l'épi-épineux, fusiforme, allongé de part et d'autre des inter-épineux, et en arrière des transversaires épineux, s'insère en bas sur les épineuses des deux premières lombaires et des deux dernières dorsales, pour se terminer sur les épineuses des dix premières dorsales. Les faisceaux les plus courts sont les plus internes ; ➢ le long dorsal, longue bande musculaire située immédiatement en dehors de l'épi-épineux, monte sur la face postérieure du thorax pour se fixer sur les côtes jusqu'à la 2ème côte (faisceaux externes ou costaux) et sur les transverses des vertèbres lombaires et dorsales (faisceaux internes ou transversaires) ; ➢ le sacro-lombaire ou ilio-costal, épaisse masse musculaire située en arrière et en dehors des muscles précédents monte sur la face postérieure du thorax en abandonnant des faisceaux de terminaison sur la face postérieure des dix dernières côtes, près de leur angle postérieur. Ces fibres sont ensuite relayées par des fibres remontant jusqu'aux apophyses transverses des cinq dernières cervicales. 3.2.1. Action des muscles spinaux L'action des muscles spinaux profonds est essentiellement l'extension du rachis lombaire. En prenant leur point d'ancrage sur le sacrum, ils tirent puissamment vers l'arrière, le rachis lombaire et dorsal ; d'une part autour de la charnière lombo-sacrée, et, d'autre part, autour de la charnière dorso-lombaire. En outre, ils entraînent l'exagération de la lordose lombaire car ils constituent les cordes partielles ou totales de l'arc formé par le rachis lombaire. On ne peut donc pas dire qu'ils redressent le rachis lombaire. Ils le tirent en arrière tout en l'incurvant. Par contre les muscles spinaux plus superficiels comme le long dorsal et le sacro-lombaire ont plutôt un rôle d'extenseur du rachis dorsal en le redressant ; ils sont donc autograndisseurs de ce rachis. 4. Les courbures du rachis La colonne vertébrale est rectiligne lorsqu'elle est vue de face ou de dos. Par contre latéralement, elle présente trois courbures qui sont de bas en haut : 1. la courbure lombaire à concavité postérieure constituée de 5 vertèbres mobiles ; 2. la courbure dorsale à concavité antérieure constituée de 12 vertèbres mobiles ; 3. la courbure cervicale à concavité postérieure constituée de 7 vertèbres mobiles. 6 Les ingénieurs ont pu démontrer que la résistance d'une colonne présentant des courbures est proportionnelle au carré du nombre de courbures plus un. Si nous prenons comme référence une colonne rectiligne, dont le nombre de courbures est égal à zéro, sa résistance est prise comme unité. Puisque la colonne vertébrale humaine présente trois courbures, celle-ci a un indice de résistance 10 fois supérieure à une colonne vertébrale qui ne présenterait qu'une seule courbure. 4.1. Courbures rachidiennes et charge sur la charnière lombo-sacrée Au cours de l'évolution de l'espèce humaine, le passage de la quadrupédie à la bipédie a induit le redressement puis l'inversion de la courbure lombaire initialement concave en avant. Cependant, l'angle de redressement du buste n'a pas été totalement compensé par la rétroversion du bassin puisqu'il persiste un angle lombo-sacré qui doit être annulé par la courbure du rachis lombaire, désormais concave en arrière. Autrement dit, le redressement du sacrum n'est pas total et il persiste un angle d'inclinaison d'environ 40° par rapport à l'horizontale. Mécaniquement, cela se traduit par une décomposition des forces d'application du poids du corps. Ce poids (P) se décompose donc en deux forces : ➢ la première ou force de compression (Fc) est perpendiculaire au plateau supérieur du sacrum ; ➢ la deuxième ou force de glissement (Fg) lui est parallèle. Ainsi, Fc exerce une compression sur le disque intervertébral situé entre la cinquième vertèbre lombaire et le sacrum tandis que Fg tend à faire glisser la dernière vertèbre lombaire vers le bas. En conséquence, la relation entre Fc et Fg augmente ou diminue en fonction de l'angle d'inclinaison du plateau sacré. Pour une personne dont le bassin est incliné à 40° et pesant 70 kg, la force de compression est de 32 kgf alors que la force de glissement est de 28 kgf. Si par contre, cette personne accentue l'inclinaison de son bassin à 60° en adoptant une attitude très cambrée, la force de compression sera de 21 kgf et la force de glissement de 36 kgf. De même, si cette personne redresse son bassin vers l'arrière de sorte que l'angle d'inclinaison soit réduit à 30°, les forces de compression et de glissement valent alors respectivement 36 kgf contre 21 kgf. Partant, la valeur de l'inclinaison du bassin modifie le rapport entre force de compression et force de glissement, ce qui n'est pas sans affecter le mode de fonctionnement du disque intervertébral situé entre la dernière vertèbre lombaire et le plateau sacré. Dans un cas comme dans l'autre, cela peut dégénérer vers des problèmes discaux, mais aussi vers une modification de l'attitude comme une exagération de la courbure lombaire ou/et dorsal à la fin de se maintenir à l'intérieur du polygone de sustentation. 7 Conclusion On pense souvent à tort que la colonne vertébrale n'est qu'un empilement de vertèbres ressemblant à une tige de soutien rigide. En fait, s'il n'est pas possible de contester cet empilement de 24 vertèbres mobiles, il n'est pas non plus possible d'oublier que c'est l'addition de 26 points d'articulations qui rendent cette structure souple et mobile, mais aussi vulnérable. Par sa position de liaison entre le bassin et le crâne, elle transmet le poids du tronc aux membres inférieurs tout en offrant dans sa partie haute la fixation des membres supérieurs par l'intermédiaire des épaules. Elle fournit aussi les points d'attache aux côtes et aux muscles dorsaux. En outre, elle renferme le canal rachidien, protecteur de la moelle épinière. De ce fait, la colonne vertébrale est l'axe de passage obligé des forces qui peuvent en cas de surmenage régulier conduire à des lésions mécaniques (voir document gestion et prévention du dos). Références Lapierre, A. : La rééducation physique, tome I - J.-B. Baillière Ed., 1975 Lapierre, A. : La rééducation physique, tome I - J.-B. Baillière Ed., 1975 Kapandji, I. A., Physiologie articulaire, tome III - Maloine Éditeur, 1982 Wirhed, R., Anatomie et science du geste sportif - Vigot, 1985 Williams et coll., Biomécanique du mouvement humain - Vigot, 1986 8
