Colonne
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Cours de cinésiologie du 16/04/07 de 08H00 à 12h00 II) Etage C0C1C2 A cet étage, l’atlas se met en légère flexion par rapport à l’axis. Pour récupérer cela, l’occiput se met aussi en légère flexion par rapport à l’atlas. Cela entraîne des contraintes de cisaillement sur l’odontoïde. Au niveau de C0C1, on a un levier inter appui : la pesanteur (la tête) est antérieure, on a donc besoin de muscles postérieurs pour équilibrer le système .Le bras de levier des muscles post est supérieur à celui de la pesanteur. Au niveau de C1C2, on retrouve un levier inter appui avec les mêmes éléments. C’est la position des appuis qui nous intéresse. L’appui est plus postérieur en C0C1 qu’en C1C2, cela va créer un couple de rotation sur l’atlas qui entraîne l’atlas en extension par rapport à l’axis .Ce mouvement est empêché par un système ligamentaire antérieur (le ligament atloaxoidien antérieur) et par le petit droit postérieur qui va de l’occiput à l’atlas. Ce ci va créer des contraintes de compression entre l’arc antérieur de C1 et l’odontoïde qui se transforment en contraintes de cisaillement (à cause de la forme de l’odontoïde). Conséquence : si on prend une contrainte verticalement sur la tête, l’arc antérieur de C1 tape sur l’odontoïde ce qui peut causer une fracture. III) Rachis cervical dans son ensemble On aura des contraintes qui seront dues au poids des éléments sus-jacents (la tête) et des contraintes dues au poids des membres supérieurs (les contraintes augmentent avec la mobilité des membres dans l’espace). Les gens qui travaillent les bras en l’air et les informaticiens (qui ont la tête penchée en avant) auront des problèmes de colonne cervicale. Les moyens de protections sont les mêmes que pour les étages sous-jacents. IV) Rachis dorsal et lombaire Rachis dorsal Quelque soit l’étage on se retrouve avec un levier inter appui (appui = disque intervertébral, pesanteur antérieure = poids de la tête, muscles postérieurs = système équilibreur). En D7D8 : bras de levier de la pesanteur = 2*bras de levier des muscles postérieurs. Ces derniers travaillent donc beaucoup et sont sujets aux contractures. Les contraintes s’exerçant sur le disque intervertébral sont égales à 3*le poids des éléments sus-jacents. Déjà lorsque la cyphose vertébrale est correcte les contraintes sont importantes, donc si la cyphose augmente, les contraintes augmentent aussi (femme à forte poitrine ou port de poids avec les membres supérieurs). Etage L4L5 Le bras de levier pesanteur diminue mais le poids des éléments sus-jacents augmente. Les contraintes au niveau lombaire sont donc plus importantes qu’en thoracique. Lorsque l’on est penché en avant, les contraintes de pression sur le disque intervertébral (DIV) L5S1 sont égales à 8 à 9 fois le poids des éléments sus-jacents. Si dans cette même position on porte 10 kg à bout de bras tendus on aura une pression de plus d’une tonne sur le DIV. En laboratoire, quand on prend le DIV d’un cadavre de moins de 40 ans on l’écrase avec 800 kg de pression (et avec 400 kg s’il a plus de 40 ans). Cela montre que sur le vivant il y a des systèmes qui vont prendre en charge une partie des contraintes. 1) Système passif (os, disque et ligament) Le système des trois colonnes Ce système est représenté par le DIV en antérieur et les deux articulations inter apophysaires en postérieur. Sur l’ensemble de la colonne vertébrale(CV), les contraintes sont beaucoup plus importantes au niveau des apophyses articulaires qu’au niveau des DIV. Attention si cela soulage le DIV, cela augmente les contraintes sur les apophyses articulaires d’où des risques d’arthroses .A l’étage D12L1,le DIV supporte plus de contraintes que les apophyses articulaires(on ne sait pas pourquoi).donc les corps vertébraux supportent plus de contraintes ce qui explique la fréquence des fractures tassements deD12L1. La poutre d’égale contrainte de la CV La CV a un diamètre qui augmente de haut en bas (surface du corps vertébral au niveau L5S1=18cm² et 4 cm² au niveauC7C8)L’augmentation des contraintes à la partie basse de la CV est compensée par l’augmentation de la surface d’application de ces contraintes,les pressions sont donc équilibrées. Les courbures physiologiques Dans le plan sagittal les courbures physiologiques vont augmenter la résistance aux contraintes de compressions .Rappel : R=N²+1 pour un matériau homogène . En application à la CV, cela donne une résistance à la compression 10 fois plus importante que si on avait une CV rectiligne (une seule courbure) .Attention on utilise cette formule bien que la CV ne soit pas un matériau homogène .Cependant, le fait d’avoir des courbures physiologiques va faire que les vertèbres et les DIV vont présenter une obliquité dans l’espace .Toutes les vertèbres sont obliques sauf en général : C3C3 , D7D8 et L3 (qui sont en principe horizontales).Il y a soit une obliquité vers l’avant(cyphose) soit vers l’arrière (lordose) .Cela va diminuer les contraintes de compression mais augmenter celle en cisaillement . Constitution interne de l’os - poutre composite osseuse On a une poutre composite osseuse au niveau du corps vertébral : une corticale périphérique avec du spongieux à l’intérieur (très résistant à la pression) -orientation des travées osseuses Elles vont s’orienter dans le sens des pressions qu’elles subissent .Au niveau vertébral, il existe différents types de travées osseuses. Il y a au niveau des corps vertébraux des travées osseuses verticales qui vont supporter les contraintes de pression .Ces travées vont avoir tendance à se ballonner sous l’effet de la pression mais pour éviter cela il y a des travées osseuses circulaires au niveau du corps vertébral et autour du canal médullaire (comme un tonneau) il existe aussi des travées osseuses arciformes (2 types) : il y a les supérieures qui partent du plateau vertébral supérieur et vont en direction de l’apophyse articulaire supérieure et de l’épineuse (elles forment un arc de cercle à concavité supérieure).Les inférieures partent du plateau inf et vont sur l’apophyse articulaire inférieure et sur l’épineuse Conséquence :l’apophyse épineuse est rigide car deux systèmes(arciforme sup et inf) s’y entrecroisent( fractures peu fréquentes).Au niveau du corps vertébral,on va avoir une zone de fragilité antérieure et une zone postérieure rigide. Si on se fait une fracture du corps vertébral on aura une fracture tassement cunéiforme : le corps vertébral aura la forme d’un coin écrasé en antérieur. Ceci est très fréquent et pas très grave si le diagnostique est fait rapidement et si la fracture est stable. - DIV Le DIV facilite l’absorption des contraintes. La morphologie des disques intervertébraux fait que plus ce disque est bas situé plus il est épais. La relation noyau anneau : le noyau est constitué à 90% d’eau. Cette eau va se déplacer entre le noyau et le corps vertébral (en position verticale). Au fur et à mesure de la journée l’épaisseur du noyau diminue (les astronautes qui sont en apesanteur voient leur taille augmenter par absence de contraintes. On constate également qu’en fin de nuit, les gens qui ont des hernies discales soufre plus par augmentation de la compression. Ce noyau va fonctionner selon le théorème de Pascal « Les liquides transmettent dans toutes directions et intégralement les variations de pression qu’ils subissent ». Quand le noyau supporte des contraintes de compression, il va disperser ces contraintes dans toutes les directions c’est à dire en direction de l’anneau. Ceci a été matérialisé par l’expérience de laboratoire de Hirsch : on prend un disque intervertébral entouré de deux corps vertébraux, on applique brutalement une contrainte de compression et on mesure la hauteur du disque. On a une courbe oscillante avec des périodes ou le disque est écrasé et des périodes ou il ne l’est pas. L’amplitude de l’oscillation diminue avec le temps. Explication : au moment de l’application de la contrainte, le noyau disperse la contrainte sur l’anneau fibreux, les fibres de ce système ballonisent. Comme c’est un système fibreux il va reprendre sa position de départ en renvoyant la contrainte sur le noyau…… Les aller retours de la contrainte entre anneau et noyau vont faire l’amortissement hydraulique chez le jeune. La deuxième expérience de Hirsh explique ce qui se passe quand on vieillit : On prend le même système : un DIV entouré de 2 corps vertébraux et on applique une charge constante pendant un temps très long (plusieurs jours). On mesure la hauteur du DIV et on relâche la contrainte (tout en continuant de mesurer la hauteur). Au départ on a une diminution brutale de l’épaisseur du DIV due à la fuite d’eau de lémo fibreux. Puis progressivement on a une diminution beaucoup plus lente due à la mise en tension des fibres de l’anneau. On relâche la pression, on a une remontée brutale de la taille (due à l’eau qui revient dans le noyau) puis une augmentation de la taille de l’anneau plus lente due à la reprise de la forme des fibres de l’anneau. Cependant, on ne revient jamais à la forme, taille initiale. On a une déformation plastique des fibres de l’anneau. En vieillissant, on passe d’un amortissement hydraulique à un amortissement plastique de l’anneau qui va se déformer, s’abîmer. Il y aura parfois des micros ruptures de l’anneau avec risques d’hernie discale (Les deux causes principales de l’hernie discale sont : 1=> un mouvement trop brusque chez le jeune ; 2=>La dégénérescence de l’anneau chez le vieux) - Le système ligamentaire Dans le système ligamentaire, il y a deux éléments qui vont réaliser une poutre composite : 1 => Le ligament vertébral antérieur et le postérieur (ligament commun vertébral postérieur), ces deux ligaments s’insèrent à la foi sur le DIV et sur l’os. Cela créer une poutre composite ce qui augmente la résistance à la pression ; 2 => Les ligaments jaune : entre les lames qui vont empêcher le glissement des vertèbres les une par rapport aux autres. Cela protège directement la moelle épinière en évitant les contraintes de cisaillement sur le canal médullaire. 2) Système actif (muscles) -Départ postérieur du tronc En pratique, on ne peut pas se pencher en avant-bras tendu- en partant de 10 kg à bout de bras car le centre de gravité ne tombe pas dans le polygone de sustentation. Il faut donc reculer les fesses (pour que la ligne de gravité tombe dans la base de sustentation). Cela permet également de diminuer le bras de levier de la pesanteur et donc de diminuer les contraintes. - La pince musculaire Au niveau du système vertébral, il y a les muscles articulaires postérieurs (les inters épineux) qui ont une certaine tonicité. Plus ils sont toniques, plus ils aident à diminuer les contraintes sur le dique. Cela diminue les contraintes sur le disque mais cela augmente cependant les contraintes sur les apophyses articulaires. Ce système explique la répartition des contraintes sur les trois colonnes. - Muscles convexitaires Ils vont permettrent d’absorber le flambage éventuel de la Cv sous l’action de la pesanteur. - Poutre composite musculaire Tous les muscles qui s’insèrent sur la CV vont se plaquer sur elle quand ils vont se contracter. Cela augmente la section et renforce l’os. => On ne peut pas stimuler volontairement ces systèmes. La seule chose qu’on peut faire, c’est penser, réfléchir à ce qu’on va faire. Ne pas faire n’importe comment. Il faut augmenter la vigilance musculaire. La structure gonflable : il est intéressant de se mettre en structure gonflable = en apnée inspiratoire. Pour pouvoir se mettre en apnée, il faut un bon diaphragme, de bon abdominaux, un bon périné donc il faut une enceinte musculaire importante qui va comprimer la masse viscérale. Il faut de plus fermer la glotte pour augmenter la résistance pulmonaire. En apnée inspiratoire, on diminue les contraintes de compression d’environ 50 % sur D12L1 ; de 30 ù sur L5-S1 et les muscles spinaux développent une force diminuée de 50 % environ. Cela va donc diminuer les contraintes sur la CV. L’apnée inspiratoire est très utilisée en manutention. Il faut faire attention chez une femme enceinte ou chez une femme qui vient d’accoucher. Les abdominaux sont faibles et la ligne blanche peut être un peu étirée d’où un risque d’hernie de la ligne blanche. Il ne faut pas que les femmes enceintes soulèvent des lourdes charges. Comme on est apnée inspiratoire, on ne peut pas maintenir cette apnée très longtemps, il y a un moment ou le système va se relâcher brutalement. Cela va augmenter le retour veineux au cœur entraînant un coup de stress cardiaque (L’apnée inspiratoire est interdit chez les cardiaques). De plus cela va augmenter la pression au niveau du LCR (Si hernie discale, cela va entraîner une douleur au niveau de l’hernie) => il faut relâcher l’apnée inspiratoire activement. - Utilisation des MI Il faut utiliser la fente, passer d’un appui à l’autre. Quand on soulève une charge, il faut plier les genoux pour mettre la charge entre nos 2 jambes. Mais pour pouvoir faire cela, il faut pouvoir plier les genoux, les écarter (il faut donc être en pantalon…). Il faut être capable des se mettre sur la pointe des pieds et avoir la force de remonter lentement. Ce n’est pas toujours possible. Si on a une charge plus faible à soulever du sol, on peut faire pivot, en baissant le tronc (les MS) et en relevant un MI. 3) Eléments externes (qui protègent la CV) - On peut porter une ceinture, une gaine, un corset orthopédique. Mais attention si cela calme les douleurs, cela atrophie les muscles. C’est intéressant pendant un temps limité seulement. - Il y a aussi les grosses les grosses ceinture de motard ou de musculation qui peuvent être intéressantes à des moments donnés. Elles prennent en charges les contraintes et sont utilisées chez les manutentionnaires et les motards pour un long trajet. 6) Ceinture Pelvienne Dans son ensemble Spontannément, on est en antéversion de bassin, sous l’action de la pesanteur l’antéversion augmente et pour éviter ça il y a des muscles qui contrôlent ce mouvement, surtout le piriforme. Sacrum par rapport à l’iliaque Physiologiquement, le sacrum est oblique dans l’espace → une force qui a tendance a abaisser le sacrum par rapport à l’iliaque et une force qui a tendance à reculer le sacrum par rapport à l’iliaque. Pour éviter ça on a : - La forme en « L » du système osseux, ça permet de lutter contre les contraintes dirigée vers le bas et l’arrière. - Bonne congruance articulaire grâce au rail plein et au rail creux. - Système ligamentaire = ligament sacro-iliaque. Il y a des ligaments antérieurs à l’articulation qui empêchent que le sacrum ne descende par rapport à l’iliaque et il y a des ligaments postérieurs qui sont obliques en bas et en arrière, qui contrôlentle glissement postérieur. - Système musculaire, il y a un muscle antérieur = piriforme et un muscle postérieur = grand fessier. Globalement, c’est une articulation qui est bien stabilisée. Iliaque par rapport au fémur En position debout, on a tendance au niveau de l’iliaque à se placer en rétroposition (EIAS et pubis montent et EIPS descend). Ceci est du à un couple de force au niveau de l’iliaque. En saggital, l’articulation coxo-fémorale est en avant de l’articulation sacro-iliaque. Le poids des éléments sus-jacent passe par le sacrum et va jusqu’à l’iliaque. La réaction du sol se transmet jusqu’à la tête fémorale ce qui crée une contrainte sur le cotyle. 9a crée un couple de rotation au niveau de l’iliaque qui tourne sur lui-même, ainsi l’iliaque droit et l’iliaque gauche passent chacun en rétroposition et donc le bassin va en antéversion. Pour contrôler la rétroposition on a besoin des ligaments sacro-tubéral et sacro-épineux. CONSEQUENCE : ces 2 ligaments en général sont tendus et douloureux à la palpation. Périnée Il doit à la fois être - Solide car il va supporter les viscères. - Elastique car il doit pouvoir supporter une augmentation de pression (structure gonflable, vessie pleine, grossesse) - Capable de s’ouvrir et se refermer. Pour décharger le système, l’antéversion du bassin a tendance à faire passer l’augmentation de pression sur le pubis. Le diaphragme a une insertion antérieure beaucoup plus hautes que l’insertion postérieure donc quand il va se contracter → Poussée vers l’avant de la masse abdominale et en direction du pubis du fait de l’antéversion du bassin Page 6 sur 10 Donc pour que le périnée s’ouvre on se met hanches fléchies → rétroversion de bassin et dans ce cas la poussée du diaphragme se fera sur le périnée. 7) La hanche En position bipodale, la tête fémorale n’est pas bien recouverte par le cotyle. La tête fémorale supporte des contraintes d’environ 50% du poids du corps + 0,4 car il y a un tonus musculaire qui comprime les articulations. En plus si on sort des angles classiques, il y a un moins bon recouvrement de la tête et donc les contraintes peuvent augmenter. Pour supporter ces contraintes il y a différents éléments : - EPAISSEUR DU CARTILAGE. Les contraintes sont plus importantes au niveau supérieur de la tête et du cotyle, donc à cet endroit le cartilage est plus épaix. - TRAVEES OSSEUSES Elles sont situées au niveau de l’extrémité supérieure du fémur. >> De la corticale interne, verticale jusqu’à la partie supérieure de la tête, elles vont supporter des contraintes de compression liées à la pesanteur. >> De la corticale externe, arciforme jusqu’à la partie interne de la tête, elles sont concaves vers le bas et le dedans, elles vont résister à de la traction due à la pesanteur (du fait du porteà-faux du au col). >> De la corticale interne jusqu’au grand trochanter, elles résistent à de la traction musculaire. >> Spécifique au grand trochanter, elles résistent à de la traction musculaire. Quand on mélange toutes les travées osseuses : la tête fémorale est solide, mais il y a une zone de faiblesse à la partie externe du col anatomique, en général c’est dans cette zone qu’on va avoir des fractures du col (fracture cervico-trochantérienne). - « HAMAC DE DOLTO » Les muscles pelvi-trochantériens mono articulaires sont là pour décharger une partie des contraintes sur la partie supérieure de la tête. Dans le plan saggital en CCO : muscle obturateur interne qui est oblique en bas et en arrière et le muscle obturateur externe qui est oblique en bas et en avant, quand ils se contractent ils vont avoir tendance à abaisser le fémur par rapport aux iliaques. Alors qu’en CCF, l’orientation des muscles est inverse → élévation de l’iliaque par rapport au fémur. Lorsque ces muscles se contractent en CCO ou en CCF, ils diminuent les contraintes supérieures au niveau de la tête mais comme ils sont transversales, ils augmentent les contraintes à la partie interne de la tête. 8) Le fémur Pour supporter les contraintes il y a : - La section triangulaire - Les courbures - La poutre composite osseuse (cortical + moelle) Page 7 sur 10 9) Le genou En position bipodale avec les genoux tendus, il n’y a pas de contraintes sur les articulations fémoro-patellaires. Mais à partir du moment où on fléchi les genoux il y a des contraintes de compression sur l’articulation fémoro-patellaire. Sur une zone d’appui faible il y a des contraintes importantes. On parle de zone faible car ce n’est pas toute la face postérieure qui est articulaire et c’est une petite partie qui subit les contraintes en fonction de la position du genou la zone diffère. Le genou c’est la première zone d’arthrose. Pour essayer d’absorber les contraintes quand on est genou fléchi il y a une épaisseur importante de cartilage à la face postérieure de la rotule. Quelques soit la position du genou en bipodal, il y a des contraintes importantes sur l’articulation fémoro-tibiale. Pour supporter ces contraintes il y a : - Ménisques qui permet de répartir les contraintes sur l’ensemble de la surface articulaire. - Travées osseuses (il n’y en a pas au niveau de la diaphyse) Au niveau de l’extrémité inférieure du fémur : → Travée verticale qui va de la corticale interne jusqu’au condyle interne → Travée oblique qui va de la corticale interne jusqu’au condyle externe → Travée verticale qui va de la corticale externe jusqu’au condyle externe → Travée oblique qui va de la corticale externe jusqu’au condyle interne → Travées horizontales, elles sont dues aux tractions musculaires, en particulier des muscles rotateurs. Toutes ces travées supportent des contraintes de compression dues à la pesanteur. Au niveau de l’extrémité supérieure du tibia : → Travée verticale qui va de la glène interne jusqu’à la corticale interne. → Travée oblique qui va de la glène interne jusqu’à la corticale externe. → Travée verticale qui va de la glène externe jusqu’à la corticale externe. → Travée oblique qui va de la glène externe jusqu’à la corticale interne. → Travées horizontales, elles sont dues aux tractions musculaires des muscles rotateurs. Ces travées sont dues à la pesanteur. Il y a beaucoup plus de travées osseuses au niveau du fémur donc il est plus résistant que le tibia. A cause du valgus physiologique, au niveau du genou on a tendance en bipodal à avoir un peu plus de pression sur la partie externe. CONSEQUENCE :si ça doit casser, on écrase d’abord le tibia qui est plus fragile et c’est d’abord la partie externe à cause du valgus physiologique. Si les contraintes sont plus importantes les deux glènes descendent. 10) La jambe Les 9/10ème des contraintes de compression passe par le tibia. Pour supporter ces contraintes on a : - Courbures - Poutre composite osseuse - Diaphyse triangulaire Page 8 sur 10 La fibula n’est pas làpour supporter des contraintes en compression mais pour supporter des contraintes en torsion, car elle est tordue sur elle-même ce qui permet de protéger indirectement les ligaments croisés. 11) Tibio-tarsienne et pied La tibio-tarsienne supporte beaucoup de contraintes, elle ne présente jamais d’arthrose physiologiquement, ceci car il y a une poulie talienne qui a un cartilage important et car il y a un emboîtement important des surfaces articulaires. 50% de la contrainte va sur le calcanéum et 50% sur l’avant pied. Les os sont pour la majorité à distance du sol, les points d’appuis sont la tubérosité du calcanéum et la tête des métatarsiens. - Travées osseuses → Qui va de la partie antérieure du tibia, descend par le talus et va jusqu’à la partie postérieure du calcanéum. → Qui va de la partie postérieure du tibia, passe par le talus et qui va en avant du pied. → Le système arciforme supérieur qui va de la grosse tubérosité du calcanéum et passe au niveau du sinus du tarse et va jusqu’à l’avant pied. → Le système arciforme inférieur qui va de la grosse tubérosité du calcanéum jusqu’à l’avant pied, il présente une concavité supérieure. Ces deux systèmes arciformes supportent des contraintes en compression. → Travées strictement sur le calcanéum au niveau postérieur dues à la traction du triceps. Sur l’ensemble du système : Le talus est très rigide, il y a de nombreuses travées. Sa cosolidation est difficile si il y a des fractures car il n’y a pas d’insertion musculaire. La grosse tubérosité du calca est une zone rigide. La zone fragile se situe au niveau du calcanéum, c’est la partie qui est en regard du sinus du tarse. S’il y a trop de contraintes le talus va venir s’encastrer ce qui entraînera une fracture-tassement du calcanéum. Pour éviter l’écrasement du pied en charge en bipodal on a besoin de l’aponévrose plantaire. La charge arrive sur l’avant-pied. Pour Kapandji les contraintes vont sur M1 et M5, alors que pour les autres auteurs elles vont sur M2 et M3. Physiologiquement au niveau anatomique M2 est encastré dans les cunéiformes et donc il est moins mobile donc ça semble logique d’avoir des contraintes qui passent par le système le plus stable. D’ailleurs les fractures de fatigue chez les marathoniens siègent surtout au niveau de M2 et M3. Pour Kapandji, au niveau des métatarsiens on a un système équivalent à un vélo avec des petites roulettes, la roue centrale arrière équivaut à M2 et M3 et les petites roulettes latérales à M1 et M5. Quand on a besoin d’un équilibre plus important, on appui sur M1 et M5, ils sont là pour rééquilibrer un éventuel déséquilibre. Page 9 sur 10 12) Plante du pied Normalement il n’y a que la peau en regard du talon et au niveau de l’avant-pied qui est en contact avec le sol, donc pour pouvoir absorber une partie des contraintes cette peau au niveau des zones d’appuis est plus épaisse. En plus, on a un amortissement hydrolique : semelle de Lejars, ça permet d’absorber une partie des contraintes. Au niveau de la plante du pied dans la peau il y a des récepteurs cutanés qui sont sensibles à la pression, c’est un des trois éléments obligatoire pour tenir en position verticale CONSEQUENCE : le massage de la plante du pied a une action circulatoire mais aussi sensitive. L’information plantaire et capsulo-ligamentaire par la mobilisation passive favorise la station bipodale. Il faut donc masser et mobiliser les pieds des personnes âgées. 13) Eléments externes : la chaussure Si on marche avec des chaussures il faut qu’elles aient une certaine semelle pour absorber une partie des contraintes. Les semlles doivent être renforcées sur les zones d’appui : talon et avant pied.
