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Biomécanique	
  du	
  rachis	
  
Benjamin	
  NICOT	
  
Neurochirurgien	
  
Plan	
  
I.  Aperçu	
  de	
  la	
  colonne	
  vertébrale	
  
a)  Vues	
  d’ensemble	
  
b)  Rappels	
  d’anatomie	
  
c)  MensuraFons	
  
II.  Pièces	
  consFtuFves	
  
a)  Os	
  
b)  Système	
  nerveux	
  contenu	
  dans	
  la	
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c)  Disques	
  
d)  Ligaments	
  
e)  Muscles	
  
III.  Biomécanique	
  propre	
  
a)  DéfiniFon	
  du	
  segment	
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IV.  Biomécanique	
  de	
  l’ensemble	
  
a)  Un	
  système	
  par	
  intégrité	
  de	
  tension	
  
b)  En	
  équilibre	
  
c)  Exemples	
  de	
  contraintes	
  supportées	
  par	
  le	
  rachis	
  lombaire	
  
d)  L’amorFssement	
  
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La	
  colonne	
  vertébrale	
  est	
  un	
  écrin	
  
adaptable	
  
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•  Renferme	
  un	
  trésor	
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  instantanée	
  
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VERTEBRALE	
  
Vues	
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  face	
  =>	
  plan	
  frontal	
  
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  profil	
  =>	
  plan	
  sagiVal	
  
3	
  de	
  dos	
  
Une	
  vue	
  de	
  dessus	
  ou	
  de	
  
dessous	
  définit	
  le	
  plan	
  axial	
  
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   2	
   3	
  
Aperçu	
  global	
  de	
  la	
  colonne	
  vertébrale	
  
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  plans	
  anatomiques	
  
Utilisés pour décrire toute structure du corps humain, en clinique et en imagerie
Lordose	
  cervicale	
  
	
  20-­‐40°	
  
Cyphose	
  thoracique	
  
	
  20-­‐40°	
  
Lordose	
  lombaire	
  
	
  30-­‐50°	
  
Cyphose	
  du	
  sacrum	
  
3	
  courbures	
  physiologiques	
  dans	
  la	
  plan	
  sagiVal	
  
RecFtude	
  physiologique	
  dans	
  le	
  plan	
  frontal	
  
La scoliose est une déformation 3D
LA VERTEBRE FONDAMENTALE (vue ventro latéro crâniale G)
Corps
Colonne zygapophysaire G
Facette zygapophysaire
caudale G
Zygapophyse
crâniale D
Pédicule G
Lame G
Processus épineux
Foramen vertébral
Processus transverse G
Arc vertébral
Colonne
mobile
Colonne fixe
1/5
1/5
1/5
2/5
Colonne cervicale
7 vertèbres (C)
Colonne thoracique
12 vertèbres (T)
Colonne lombaire
5 vertèbres (L)
Coccyx
4-5 vertèbres
C5
T6
L4
Pôle dorsal du
crâne
Sommet de la
courbure
thoracique
Sommet de la
courbure sacrée
Mensurations de la colonne
-2/5 de la stature
-homme: 70-75 cm
-Femme: 60-65 cm
FORME ET DIMENSIONS DE LA COLONNE VERTEBRALE
Colonne sacrée
(sacrum)
5 vertèbres (S)
II.	
  PIECES	
  CONSTITUTIVES	
  
Plan	
  
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  par	
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LES	
  PIECES	
  OSSEUSES	
  
La	
  colonne	
  cervicale	
  
Le	
  sommet	
  du	
  rachis	
  cervical	
  souFen	
  directement	
  la	
  tête	
  (C1	
  est	
  appelée	
  l’Atlas)	
  
C7	
  est	
  la	
  dernière	
  vertèbre	
  cervicale,	
  son	
  épineuse	
  est	
  dite	
  «	
  proéminente	
  ».	
  	
  
Elle	
  repose	
  sur	
  la	
  première	
  vertèbre	
  thoracique	
  T1	
  
La	
  colonne	
  thoracique	
  
T12	
  est	
  appelée	
  vertèbre	
  de	
  transiFon,	
  sa	
  morphologie	
  est	
  proche	
  d’une	
  
vertèbre	
  lombaire	
  :	
  
-­‐ 	
  corps	
  vertébral	
  plus	
  volumineux	
  
-­‐ 	
  pédicule	
  plus	
  large	
  
-­‐ 	
  processus	
  épineux	
  plus	
  horizontal	
  
La	
  colonne	
  lombaire	
  
Facette articulaire supérieure
Facette articulaire supérieure
Facette articulaire inférieure
Facette articulaire inférieure
Les	
  3	
  piliers	
  de	
  la	
  colonne	
  vertébrale	
  (au-­‐dessous	
  de	
  C2)	
  
René LOUIS 1977
Il	
  existe	
  une	
  grande	
  variabilité	
  
individuelle	
  concernant	
  l’orientaFon	
  des	
  
faceVes	
  arFculaires	
  et	
  notamment	
  sur	
  la	
  
posiFon	
  des	
  vertèbres	
  transiFonnelles	
  
(ex	
  :	
  T9	
  à	
  L1).	
  
Les	
  faceVes	
  arFculaires	
  des	
  vertèbre	
  
lombaires	
  ne	
  sont	
  pas	
  planes	
  mais	
  
courbes.	
  
L’orientaFon	
  des	
  faceVes	
  condiFonne	
  les	
  
mouvements	
  intervertébraux	
  
OrientaFon	
  des	
  faceVes	
  arFculaires	
  
45°	
  plan	
  axial	
  
Vertèbres	
  cervicales	
  au-­‐dessous	
  de	
  C2	
  
60°	
  plan	
  axial	
  
20°	
  plan	
  frontal	
  
Vertèbres	
  thoraciques	
  
90°	
  plan	
  axial	
  
45°	
  plan	
  frontal	
  
Vertèbres	
  lombaires	
  
Le	
  sacrum	
  ou	
  «	
  vertèbre	
  pelvienne	
  »	
  
coccyx
Facette articulaire supérieure
le sacrum est surtout un os porteur
Clef	
  de	
  voûte	
  
La	
  balance	
  de	
  PAUWELS	
   Au cours d’un appui monopodal (ex : la marche),
pour garder le bassin à l’horizontale, il est
nécessaire de contre-balancer le poids du corps
dont la composante verticale passe par le
sacrum
P
Bilan des forces de part et d’autre de la tête fémorale assimilée à un point d’appui
Pour que la station unipodale droite soit tenue : F = P (en normes)
F
OA B
L’effet des muscles fessiers permet de
contre-balancer le poids du corps (en
plus du mouvement des bras)
Du fait de la création de bras de levier
(OB = 2 OA), la contrainte résultante sur
l’articulation coxo-fémorale est d’environ
4 fois le poids du corps
OA B
Quizz : comment expliquer la perte
d’horizontalité du bassin de cette
personne (hypothèses
biomécaniques seulement)? Quels
sont les mécanismes de
compensation?
- Insuffisance intrinsèque des
muscles fessiers à droite
- Bras de levier trop important,
insuffisance fonctionnelle
- Compensation par l’augmentation
du poids du corps en dehors de la
projection verticale de l’articulation
coxo-fémorale droite
LE	
  SYSTEME	
  NERVEUX	
  A	
  
L’INTERIEUR	
  DE	
  LA	
  COLONNE	
  
VERTEBRALE	
  
La	
  moelle	
  épinière	
  et	
  les	
  racines	
  spinales	
  
Entre	
  chaque	
  vertèbre	
  
sortent	
  4	
  racines	
  spinales	
  
(2	
  droites	
  et	
  2	
  gauches)	
  
La	
  racine	
  ventrale	
  est	
  
motrice,	
  la	
  dorsale	
  est	
  
sensiFve	
  
La	
  moelle	
  se	
  termine	
  en	
  
L1	
  
Dans	
  le	
  canal	
  lombaire,	
  il	
  
n’y	
  a	
  que	
  des	
  racines	
  
spinales	
  
Au	
  niveau	
  thoracique	
  (et	
  cervical)	
  :	
  la	
  
moelle	
  et	
  les	
  racines	
  spinales	
  
segmentaires	
  
Au	
  niveau	
  de	
  L1	
  :	
  le	
  cône	
  terminal	
  et	
  
les	
  racines	
  de	
  la	
  queue	
  de	
  cheval	
  
L’APPAREIL	
  DISCO-­‐LIGAMENTAIRE	
  
Les	
  vertèbres	
  sont	
  reliées	
  et	
  maintenues	
  entre	
  
elles	
  par	
  des	
  structures	
  fibreuses	
  :	
  elles	
  
permeVent	
  les	
  mouvements	
  en	
  gardant	
  les	
  
arFculaFons	
  congruentes	
  et	
  évitent	
  les	
  
déplacements	
  excessifs	
  à	
  risque	
  neurologique	
  
et/ou	
  vasculaire	
  
Disque	
  intervertébral	
  
Ligament	
  intervertébral	
  
Capsule	
  synoviale	
  
Entre	
  les	
  surfaces	
  	
  
arFculaires	
  
Entre	
  points	
  	
  
d’ancrage	
  non	
  	
  
arFculés	
  
LES	
  DISQUES	
  
Structure	
  des	
  disques	
  intervertébraux	
  
θ=60°	
  +	
  croisement	
  entre	
  2	
  couches	
  	
  =	
  
meilleure	
  résistance	
  à	
  la	
  tracFon	
  
Annulus	
  fibrosus	
  
(carFlage)	
  
Coupe	
  frontale	
  
Coupe	
  axiale	
  
•  Les	
  disques	
  représentent	
  20	
  à	
  33%	
  de	
  la	
  
hauteur	
  de	
  la	
  colonne	
  vertébrale	
  
•  Le	
  nucleus	
  est	
  très	
  hydraté	
  (70-­‐90%	
  d’eau),	
  
plutôt	
  postérieur	
  dans	
  la	
  région	
  L	
  où	
  il	
  
consFtue	
  30-­‐50	
  %	
  de	
  la	
  surface	
  du	
  disque	
  
•  L’anulus	
  est	
  fibreux,	
  il	
  s’insère	
  sur	
  le	
  carFlage	
  
sous-­‐chondral	
  et	
  directement	
  sur	
  l’os	
  en	
  
périphérie	
  (fibres	
  de	
  SHARPEY)	
  
LES	
  LIGAMENTS	
  
Histologie	
  
Structures avasculaires, composées de fibres de collagènes en faisceaux parallèles
Complexe «multi-couche » au niveau de la charnière crânio-rachidienne,
région fonctionnellement très mobile mais qui doit protéger la moelle
épinière cervicale : conservation des dimensions du canal médullaire
Anatomie	
  
Le	
  ligament	
  jaune	
  
Disque	
  intervertébral	
  
Ligament	
  longitudinal	
  antérieur	
  
Ligament	
  longitudinal	
  postérieur	
  
Capsule	
  synoviale	
  
Ligament	
  inter-­‐épineux	
  
Ligament	
  supra-­‐épineux	
  
Composition des structures ligamentaires au-dessous de C2
LES	
  MUSCLES	
  
Histologie	
  
Les	
  vertèbres	
  sont	
  aussi	
  reliées	
  et	
  maintenues	
  entre	
  elles	
  par	
  des	
  structures	
  musculaires.	
  
Ce	
  sont	
  par	
  ailleurs	
  les	
  effecteurs	
  des	
  mouvements	
  acFfs	
  intervertébraux	
  ≠	
  mouvements	
  
passifs	
  liés	
  à	
  l’élasFcité	
  arFculaFon-­‐ligaments-­‐muscles	
  et	
  liés	
  à	
  la	
  pesanteur	
  
Muscles	
  profonds	
  insérés	
  sur	
  
les	
  vertèbres	
  
Muscles	
  superficiels	
  insérés	
  sur	
  
d’autres	
  structures	
  osseuses	
  
Anatomie	
  
Muscle oblique externe
oblique interne et grands droits
transverse de l’abdomen
Muscles	
  antérieurs	
  pour	
  le	
  rachis	
  lombaire	
  
Muscles	
  postérieurs	
  pour	
  le	
  rachis	
  lombaire	
  
Importance des tissus disco-
ligamentaires et musculaires
qui entourent le rachis
III.	
  BIOMECANIQUE	
  PROPRE	
  
Plan	
  
I.  Aperçu	
  de	
  la	
  colonne	
  vertébrale	
  
a)  Vues	
  d’ensemble	
  
b)  Rappels	
  d’anatomie	
  
c)  MensuraFons	
  
II.  Pièces	
  consFtuFves	
  
a)  Os	
  
b)  Système	
  nerveux	
  contenu	
  dans	
  la	
  colonne	
  vertébral	
  
c)  Disques	
  
d)  Ligaments	
  
e)  Muscles	
  
III.  Biomécanique	
  propre	
  
a)  DéfiniFon	
  du	
  segment	
  mobile	
  rachidien	
  
b)  Os	
  
c)  Disques	
  
d)  Ligaments	
  
e)  Muscles	
  
IV.  Biomécanique	
  de	
  l’ensemble	
  
a)  Un	
  système	
  par	
  intégrité	
  de	
  tension	
  
b)  En	
  équilibre	
  
c)  Exemples	
  de	
  contraintes	
  supportées	
  par	
  le	
  rachis	
  lombaire	
  
d)  L’amorFssement	
  
e)  ModélisaFon	
  
DEFINITION	
  DU	
  SEGMENT	
  MOBILE	
  
RACHIDIEN	
  
Une	
  unité	
  foncFonnelle	
  =	
  segment	
  mobile	
  rachidien	
  <>	
  2	
  vertèbres	
  et	
  leurs	
  
structures	
  disco-­‐ligamentaires	
  internes	
  
Le	
  segment	
  mobile	
  rachidien	
  
Système	
  de	
  coordonnées	
  centré	
  ici	
  sur	
  la	
  vertèbre	
  supérieure	
  pour	
  étudier	
  la	
  
biomécanique	
  du	
  segment	
  mobile	
  rachidien	
  
Les	
  mouvements	
  se	
  créent	
  entre	
  les	
  vertèbres,	
  au	
  sein	
  de	
  chaque	
  unité	
  foncFonnelle	
  
ou	
  segment	
  mobile	
  rachidien,	
  autour	
  des	
  centres	
  instantanés	
  de	
  rotaKon	
  
Ces	
  mouvements	
  sont	
  souvent	
  composés	
  (ex	
  :	
  une	
  inclinaison	
  latérale	
  nécessite	
  une	
  	
  
rotaFon	
  homolatérale)	
  
E	
  
F	
   ID	
   IG	
  
RD&G	
  
Plan	
  sagiVal	
   Plan	
  frontal	
   Plan	
  axial	
  
Mouvements	
  fondamentaux	
  
Ces	
  mouvements	
  nécessitent	
  une	
  résistance	
  de	
  l’ensemble	
  de	
  la	
  colonne	
  vertébrale	
  
(contraintes	
  en	
  compression	
  et	
  cisaillement)	
  et	
  une	
  élasFcité	
  (mouvements	
  intervertébraux)	
  
Les	
  mouvements	
  de	
  la	
  colonne	
  vertébrale	
  
L’environnement	
  osseux	
  et	
  
ligamentaires	
  de	
  la	
  colonne	
  
vertébrale	
  thoracique,	
  
l’orientaFon	
  de	
  ses	
  faceVes	
  
arFculaires	
  augmentent	
  sa	
  
rigidité.	
  
Finalité	
  :	
  un	
  «	
  mât	
  »	
  pour	
  
permeVre	
  de	
  gonfler	
  les	
  
poumons.	
  
Résultats	
  obtenus	
  par	
  
simulaFon	
  
LES	
  PIECES	
  OSSEUSES	
  
Contraintes	
  en	
  compression	
  sur	
  les	
  corps	
  vertébraux	
  
Le	
  modèle	
  de	
  colonne	
  vertébrale	
  selon	
  LOUIS	
  (1977)	
  
montre	
  bien	
  l’augmentaFon	
  des	
  volumes	
  et	
  masses	
  
vertébrales	
  de	
  C3	
  à	
  L5	
  :	
  adaptaFon	
  mécanique	
  à	
  
l’augmentaFon	
  des	
  charges	
  qui	
  sont	
  appliquées	
  
>	
  foncFon	
  de	
  support	
  
Os	
  corFcal	
  
>	
  compact	
  
Os	
  spongieux	
  
>	
  trabéculaire	
  
Les vertèbres sont constitués
d’os cortical, leur enveloppe et
d’os spongieux, leur contentu
L’architecture osseuse permet d’optimiser la résistance osseuse en
compression
A	
  et	
  B	
  :	
  vertèbre	
  consFtuée	
  d’os	
  corFcal	
  seul	
  
C	
  et	
  D	
  :	
  travées	
  osseuses	
  verFcales	
  seulement	
  
E	
  et	
  F:	
  maillage	
  de	
  travées	
  osseuses	
  (os	
  
spongieux)	
  
Les	
  travées	
  osseuses	
  sont	
  organisées	
  en	
  cylindres	
  pour	
  limiter	
  le	
  flambement	
  
Le	
  flambage	
  ou	
  flambement	
  est	
  une	
  flexion	
  sous	
  un	
  effort	
  normal	
  de	
  
compression	
  
Pour	
  le	
  cas	
  spécifique	
  de	
  la	
  compression,	
  on	
  définit	
  aussi	
  le	
  coefficient	
  de	
  POISSON	
  qui	
  
permet	
  de	
  caractériser	
  la	
  contracFon	
  de	
  la	
  maFère	
  perpendiculairement	
  à	
  la	
  direcFon	
  
de	
  l'effort	
  appliqué	
  
Avec l’augmentation de la vitesse de déformation, l’écoulement visqueux
de la moelle osseuse est limité ce qui contribue à augmenter l'énergie
absorbée par l'os en cas d’impact.
Influence	
  de	
  la	
  vitesse	
  de	
  déformaFon	
  de	
  l’os	
  vertébral	
  
1/ phase linéaire;
2/ phase de déformation plastique suivie d'une phase horizontale,
(l'affaissement des pores)
3/ phase de densification : elle intervient après l'affaissement complet des
cellules, et se caractérise par une augmentation de la contrainte.
La moelle osseuse a un rôle
majeur pour assurer la résistance
de l’os spongieux vertébral aux
traumatismes
Cas	
  de	
  l’ostéoporose	
  
L’amincissement	
  des	
  travées	
  de	
  l’os	
  spongieux,	
  débute	
  par	
  les	
  travées	
  
horizontales	
  donc	
  augmente	
  la	
  longueur	
  libre	
  des	
  travées	
  verFcales	
  et	
  donc	
  le	
  
risque	
  de	
  fracture	
  vertébrale	
  par	
  flambage.	
  
L’amincissement	
  des	
  l’os	
  trabéculaire	
  se	
  traduit	
  par	
  une	
  baisse	
  de	
  la	
  
minéralisaFon	
  vertébrale,	
  mesurable	
  cliniquement	
  par	
  l’ostéodensitométrie	
  
Le TBS est un indice de
texture osseuse qui
évalue la variation des
niveaux de gris des
pixels d’une image de
DMO lombaire, donnant
un index indirect de la
micro-architecture
trabéculaire
La	
  quanFté	
  d’os	
  sec	
  est	
  directement	
  corrélée,	
  de	
  façon	
  exponenFelle,	
  à	
  la	
  
résistance	
  du	
  corps	
  vertébral	
  en	
  compression	
  (NB	
  :	
  la	
  moelle	
  osseuse	
  joue	
  un	
  rôle	
  
mécanique	
  dans	
  l’absorpFon	
  des	
  chocs)	
  
Les	
  paFents	
  ne	
  sont	
  pas	
  tous	
  égaux	
  suite	
  à	
  la	
  survenue	
  d’une	
  fracture	
  vertébrale	
  :	
  
pour	
  certains	
  l’os	
  spongieux	
  devient	
  plus	
  rigide	
  sous	
  compression	
  progressive	
  
après	
  fracture.	
  
L’orientaFon	
  des	
  travées	
  osseuses	
  joue	
  	
  
probablement	
  un	
  rôle	
  explicaFf	
  majeur	
  
env	
  9.5%	
  
(<	
  2%	
  pour	
  l’os	
  corFcal)	
  
L’orientaFon	
  globale	
  des	
  travées	
  osseuses	
  
consFtue	
  des	
  lignes	
  de	
  force	
  	
  
Loi	
  de	
  WOLFF	
  :	
  la	
  croissance	
  ou	
  le	
  remaniement	
  
osseux	
  s’organisent	
  en	
  réponse	
  aux	
  contraintes	
  
exercées	
  sur	
  eux	
  
Autres	
  contraintes	
  sur	
  les	
  corps	
  vertébraux	
  
Moment	
  fléchissant	
  
Traction dans la partie supérieure
Compression dans la partie inférieure
Fibre neutre
F
F
Cisaillement	
  
F
R
F
R
20%	
   80%	
  
Les	
  forces	
  de	
  compression	
  passent	
  par	
  
le	
  complexe	
  disque-­‐corps	
  vertébral	
  
pour	
  80%	
  et	
  les	
  zygapophyses	
  pour	
  
20%	
  	
  	
  
Ces	
  mesures	
  ont	
  été	
  réalisées	
  par	
  
capteur	
  de	
  pression	
  sur	
  un	
  segment	
  
mobile	
  rachidien	
  avec	
  et	
  sans	
  arc	
  
postérieur	
  par	
  Nachemson	
  
Contraintes	
  sur	
  les	
  faceVes	
  arFculaires	
  
La	
  contrainte	
  en	
  compression	
  sur	
  les	
  
faceVes	
  arFculaires	
  :	
  
>	
  diminue	
  lors	
  de	
  l’antéflexion	
  (jusqu’à	
  
7°	
  par	
  exemple	
  pour	
  L2-­‐L3	
  car	
  après	
  la	
  
compression	
  sur	
  les	
  faceVes	
  augmente)	
  
>	
  augmente	
  avec	
  l’extension	
  pour	
  la	
  
colonne	
  cervical	
  et	
  lombaire,	
  le	
  
contraire	
  se	
  crée	
  sur	
  la	
  colonne	
  
thoracique	
  
CeVe	
  contrainte	
  en	
  compression	
  sur	
  les	
  
faceVes	
  arFculaires	
  augmente	
  avec	
  leur	
  
posiFon	
  au-­‐dessus	
  de	
  l’apex	
  de	
  la	
  
lordose	
  pour	
  le	
  rachis	
  lombaire	
  
Au-­‐dessous,	
  les	
  contraintes	
  sont	
  
davantage	
  en	
  cisaillement	
  
apex	
  (point	
  d’inflexion)	
  lombaire	
  
apex	
  (point	
  d’inflexion)	
  lombaire	
  
P
P
Rôle	
  des	
  faceVes	
  arFculaires	
  dans	
  les	
  mouvements	
  intervertébraux	
  
Les facettes sont recouverte de cartilage articulaire
Fonctions du cartilage :
dynamique (associé au liquide
synovial) : diminution des
forces de friction
statique : transmission,
répartition et amortissement
des contraintes
L’usure	
  du	
  carFlage	
  est	
  associée	
  à	
  l’arthrose	
  
Le	
  rôle	
  des	
  faceVes	
  arFculaires	
  est	
  fondamental	
  pour	
  les	
  
mouvements	
  intervertébraux	
  en	
  les	
  rendant	
  possibles	
  mais	
  
aussi	
  en	
  limitant	
  les	
  amplitudes	
  extrêmes	
  (luxaFons).	
  
Ex	
  d’une	
  étude	
  au	
  
laboratoire	
  d’anatomie	
  
de	
  l’impact	
  de	
  gestes	
  de	
  
résecFon	
  osseuse	
  sur	
  la	
  
mobilité	
  du	
  rachis	
  
lombaire	
  
Ces	
  arFculaFons	
  peuvent	
  «	
  s’user	
  »,	
  de	
  
l’arthrose	
  se	
  développe	
  pouvant	
  rétrécir	
  le	
  
canal	
  vertébral.	
  
Ceci	
  est	
  favorisé	
  par	
  l’affaissement	
  discal.	
  
Risque de
luxation
Risque de
spondylolisthésis
Les articulations en C et J,
orientées à 45°, permettent de
limiter les risques de luxation
latérale et de spondylolisthésis tout
en permettant les mouvements
intervertébraux
Mise	
  en	
  évidence	
  du	
  rôle	
  stabilisateur	
  	
  
des	
  faceVes	
  arFculaires	
  :	
  le	
  spondylolisthésis	
  
DégénéraFf	
  :	
  favorisé	
  par	
  la	
  sagiValisaFon	
  	
  
des	
  faceVes	
  
Lyse	
  isthmique	
  bilatérale	
  :	
  séparaFon	
  des	
  
faceVes	
  supérieures	
  et	
  inférieures	
  
L’obliquité	
  des	
  faceVes	
  favorise	
  la	
  rotaFon	
  axiale,	
  donc	
  le	
  cisaillement	
  axial	
  des	
  
disques,	
  les	
  lésions	
  de	
  l’annulus	
  (la	
  moiFé	
  des	
  fibres	
  sont	
  alignés	
  avec	
  la	
  direcFon	
  
de	
  ce	
  mouvement	
  et	
  donc	
  éFrées)	
  qui	
  peuvent	
  entraîner	
  l’appariFon	
  d’une	
  
hernie	
  discale	
  
LES	
  DISQUES	
  
De	
  retour	
  sur	
  Terre,	
  les	
  
astronautes	
  mesurent	
  
quelques	
  cenFmètres	
  de	
  
plus	
  qu’avant	
  leur	
  départ	
  
Idem	
  le	
  maFn	
  au	
  réveil	
  
<>	
  PercolaFon	
  et	
  échanges	
  osmoFques	
  dans	
  le	
  disque	
  :	
  
exsudaFon	
  de	
  fluide	
  sous	
  compression	
  et	
  redistribuFon	
  lors	
  
de	
  la	
  relaxaKon	
  
Propriétés	
  visco-­‐élasFques	
  
•  On	
  disFngue	
  2	
  types	
  de	
  contraintes	
  exercées	
  
sur	
  les	
  disques	
  car	
  leur	
  réponse	
  sera	
  variable	
  
du	
  fait	
  de	
  leur	
  caractère	
  visco-­‐élasKque	
  :	
  leurs	
  
propriétés	
  physiques	
  varient	
  dans	
  le	
  temps	
  
>	
  contraintes	
  courtes	
  de	
  grande	
  intensité	
  (ex	
  :	
  
effort	
  brusque	
  de	
  soulèvement)	
  <>	
  propriétés	
  
de	
  solide	
  élasKque	
  
>	
  contraintes	
  longues	
  de	
  faible	
  intensité	
  (ex	
  :	
  
acFvité	
  quoFdienne,	
  locomoFon)	
  <>	
  
propriétés	
  de	
  fluide	
  visqueux	
  
•  Les	
  propriétés	
  viscoélasKques	
  des	
  disques	
  sont	
  dépendantes	
  
du	
  temps.	
  Les	
  courbes	
  contraintes-­‐déplacements	
  sont	
  
foncFon	
  de	
  la	
  vitesse	
  d’applicaFon	
  des	
  contraintes	
  	
  
•  Plus	
  les	
  contraintes	
  sont	
  rapides	
  plus	
  les	
  matériaux	
  
deviennent	
  rigides	
  
Piscine	
  remplie	
  avec	
  un	
  fluide	
  
non	
  newtonien	
  :	
  sa	
  viscosité	
  
n’est	
  pas	
  constante,	
  ici	
  de	
  
l’Oobleck	
  (eau+fécule	
  de	
  maïs)	
  
<>	
  Solide	
  viscoélasKque	
  <>	
  
Solide	
  élasFque	
  
modèle	
  mécanique	
  :	
  ressort	
  
Fluide	
  newtonien	
  
modèle	
  mécanique:	
  amorFsseur	
  
Comportement	
  élasFque	
   Comportement	
  visqueux	
  
Corps	
  idéalement	
  élasKque	
  
La	
  réversibilité	
  entre	
  contrainte	
  et	
  déformaFon	
  est	
  parfaite	
  (il	
  n'y	
  a	
  pas	
  d'effet	
  mémoire	
  
du	
  matériau).	
  
Les	
  relaFons	
  entre	
  contrainte	
  et	
  déformaFon	
  sont	
  instantanées.	
  
Les	
  relaFons	
  entre	
  contrainte	
  et	
  déformaFon	
  sont	
  linéaires.	
  
Corps	
  idéalement	
  visqueux	
  
La	
  viscosité	
  de	
  dépend	
  pas	
  des	
  contraintes	
  appliquées	
  sur	
  le	
  fluide	
  
L'énergie	
  mécanique	
  est	
  totalement	
  dissipée	
  (sous	
  forme	
  de	
  chaleur).	
  
Le	
  fluage	
  est	
  
caractérisFque	
  d’un	
  
matériau	
  viscoélasFque	
  
Le	
  fluage	
  du	
  disque	
  sous	
  charge	
  compressive	
  constante	
  
s’explique	
  par	
  l’exsudaFon	
  du	
  fluide	
  qui	
  a	
  lieu	
  en	
  réponse	
  
au	
  dépassement	
  de	
  la	
  pression	
  nucléaire	
  admissible.	
  	
  
Si	
  l’on	
  applique	
  au	
  disque	
  une	
  contrainte	
  constante,	
  la	
  
déformaFon	
  augmente	
  progressivement	
  tant	
  que	
  le	
  
fluide	
  conFnue	
  à	
  s’écouler.	
  Lorsque	
  l’ensemble	
  collagène-­‐
protéoglycanes	
  est	
  parvenu	
  à	
  équilibrer	
  la	
  charge	
  externe,	
  
l’exsudaFon	
  cesse	
  et	
  la	
  déformaFon	
  tend	
  à	
  devenir	
  
constante.	
  
temps
déformation
Lors	
  de	
  la	
  relaxaKon,	
  l’hystérésis	
  est	
  du	
  à	
  la	
  perte	
  d’énergie	
  converFe	
  en	
  chaleur	
  
L’origine	
  de	
  la	
  relaxaFon	
  de	
  contraintes	
  
provient	
  aussi	
  de	
  l’exsudaFon	
  de	
  fluide.	
  
Durant	
  l’applicaFon	
  d’un	
  déplacement	
  à	
  une	
  	
  
certaine	
  vitesse,	
  une	
  augmentaFon	
  de	
  la	
  contrainte	
  interne	
  	
  
est	
  générée	
  par	
  l’exsudaFon	
  forcée	
  du	
  fluide	
  intersFFel	
  et	
  la	
  compression	
  de	
  la	
  
matrice	
  solide	
  aux	
  environs	
  de	
  la	
  surface.	
  Lorsque	
  le	
  déplacement	
  
est	
  maintenu,	
  la	
  relaxaFon	
  de	
  la	
  contrainte	
  est	
  en	
  retour	
  engendrée	
  par	
  la	
  
redistribuFon	
  progressive	
  du	
  fluide	
  dans	
  la	
  matrice.	
  
Pour	
  des	
  charges	
  faibles	
  les	
  
disques	
  montrent	
  peu	
  de	
  
résistance	
  (assurent	
  le	
  
mobilité)	
  alors	
  que	
  pour	
  des	
  
charges	
  plus	
  importantes	
  ils	
  
devient	
  plus	
  rigides	
  (assurent	
  
la	
  stabilité)	
  
Pour	
  étudier	
  les	
  propriétés	
  mécaniques	
  des	
  disques	
  sur	
  banc	
  d’essai,	
  les	
  charges	
  et	
  
déformaFons	
  sont	
  enregistrées	
  simultanément.	
  
La	
  résistance	
  au	
  cisaillement	
  antérieur	
  
intervertébral	
  est	
  de	
  2/3	
  par	
  le	
  disque	
  et	
  
1/3	
  par	
  les	
  faceVes	
  lorsque	
  la	
  contrainte	
  
est	
  appliquée	
  de	
  façon	
  rapide.	
  
Si	
  la	
  contrainte	
  est	
  appliquée	
  lentement,	
  
la	
  vertèbre	
  sus-­‐jacente	
  tend	
  à	
  glisser	
  
(propriétés	
  viscoélasFques	
  des	
  disques)	
  
et	
  la	
  part	
  de	
  résistance	
  des	
  faceVes	
  peut	
  
être	
  proche	
  de	
  100%.	
  
La visco-élasticité des disques influence
les contraintes reçues par les structures
adjacentes
Les	
  disques	
  et	
  les	
  faceVes	
  zygapophysaires	
  sont	
  
les	
  éléments	
  soumis	
  surtout	
  à	
  des	
  forces	
  de	
  
compression	
  	
  
Ceci	
  se	
  retrouve	
  dans	
  les	
  modèles	
  biomécaniques,	
  
staFques,	
  du	
  rachis	
  permeVant	
  d’évaluer	
  la	
  
stabilité	
  de	
  la	
  structure	
  dans	
  le	
  cas	
  de	
  fractures	
  
osseuses	
  ou	
  lésions	
  ligamentaires	
  
En	
  posiFon	
  assise	
  les	
  forces	
  exercées	
  dans	
  le	
  
disque	
  peuvent	
  supérieures	
  à	
  3	
  fois	
  le	
  poids	
  du	
  
corps	
  se	
  trouvant	
  au-­‐dessus	
  
Selon	
  la	
  classificaFon	
  des	
  fractures	
  de	
  MAGERL,	
  qui	
  repose	
  sur	
  le	
  modèle	
  
biomécanique	
  d’OLDSWORTH,	
  le	
  rachis	
  à	
  gauche	
  (fracture	
  isolée	
  du	
  corps	
  vertébral)	
  
est	
  plus	
  stable	
  que	
  le	
  rachis	
  à	
  droite	
  (fracture	
  du	
  corps	
  et	
  des	
  piliers	
  postérieurs,	
  les	
  
massifs	
  zygapophysaires)	
  
Lésions	
  discales	
  
•  TraumaFsmes	
  aigus	
  des	
  disques	
  :	
  fissuraFon	
  
de	
  l’annulus,	
  déchirure	
  (luxaFon	
  inter-­‐
vertébrale)	
  <>	
  rares	
  
•  TraumaFsmes	
  chroniques	
  :	
  dégénérescence	
  
discale,	
  favorisée	
  par	
  :	
  	
  
– SuscepFbilité	
  généFque	
  discale	
  
– Géométrie	
  de	
  la	
  colonne	
  vertébrale	
  
– Facteurs	
  environnementaux	
  :	
  profession,	
  acFvités	
  
physiques	
  
On	
  retrouve	
  les	
  forces	
  de	
  tracFon	
  sur	
  l’annulus	
  même	
  au	
  repos	
  :	
  les	
  
contraintes	
  exercées	
  sur	
  les	
  disques	
  lombaires	
  sont	
  d’environ	
  120-­‐200N	
  
mesures	
  sur	
  cadavre	
  120N	
  >	
  0N	
  après	
  résecFon	
  des	
  éléments	
  postérieurs	
  	
  	
  
mesures	
  in	
  vivo	
  200N	
  
>	
  Problème	
  du	
  risque	
  de	
  récidive	
  de	
  hernie	
  discale	
  une	
  fois	
  que	
  l’annulus	
  a	
  été	
  ouvert	
  
Les	
  forces	
  de	
  compression	
  sur	
  le	
  
nucleus	
  créent	
  des	
  forces	
  de	
  
tracFon	
  sur	
  l’annulus	
  
Les	
  lésions	
  dégénéraKves	
  /	
  traumaKques	
  survenant	
  sur	
  les	
  disques	
  liés	
  aux	
  forces	
  
de	
  compression	
  peuvent	
  entraîner	
  :	
  
-­‐	
  un	
  bombement	
  discal	
  sans	
  direcFon	
  spécifique	
  (bulging	
  disc)	
  
-­‐	
  des	
  nodules	
  de	
  SCHMORL	
  liée	
  à	
  une	
  fracture	
  des	
  plateaux	
  vertébraux	
  
Contraintes	
  en	
  compression	
  axiale	
  
La pression dans
les disques est
plus importante
en position
assise qu’en
station debout
(mesures in vitro)
Les	
  forces	
  de	
  tracKon	
  augmentent	
  dans	
  certaines	
  porFons	
  du	
  disque	
  lors	
  de	
  
certaines	
  phases	
  de	
  mouvements	
  de	
  flexion/extension,	
  inclinaisons,	
  
rotaFons	
  
En	
  flexion,	
  une	
  tracFon	
  
apparaît	
  dans	
  la	
  parFe	
  
postérieure	
  du	
  disque	
  sur	
  
l’annulus	
  et	
  un	
  
bombement	
  (bulging)	
  du	
  
disque	
  dans	
  la	
  parFe	
  
antérieure	
  
Disque	
  du	
  sujet	
  jeune	
  :	
  nucleus	
  hydraté,	
  transmet	
  les	
  
forces	
  de	
  compression	
  >	
  tension	
  des	
  fibres	
  de	
  l’annulus	
  
L’hydrataFon	
  joue	
  donc	
  un	
  rôle	
  majeur,	
  le	
  nucleus	
  reFent	
  
l’eau	
  (ex	
  :	
  taille	
  d’un	
  individu	
  plus	
  importante	
  le	
  maFn	
  au	
  
lever)	
  
La	
  résistance	
  de	
  l’os	
  spongieux	
  a	
  un	
  gradient	
  centre	
  >	
  
périphérie	
  
Disque	
  du	
  sujet	
  âgé:	
  nucleus	
  déshydraté,	
  transmet	
  mal	
  les	
  
forces	
  de	
  compression	
  >	
  compression	
  des	
  fibres	
  de	
  
l’annulus	
  
Les	
  plateaux	
  sont	
  soumis	
  à	
  moins	
  de	
  «	
  contre-­‐pression	
  »	
  
et	
  perdent	
  leur	
  concavité	
  
La	
  résistance	
  de	
  l’os	
  spongieux	
  est	
  homogène	
  centre	
  -­‐	
  
périphérie	
  
Ceci	
  se	
  démontre	
  expérimentalement	
  
sur	
  un	
  segment	
  mobile	
  rachidien	
  sans	
  
dégénérescence	
  discale	
  
En	
  plus	
  d’altérer	
  la	
  réparFFon	
  3D	
  des	
  forces,	
  un	
  
disque	
  dégénéré	
  se	
  déforme	
  davantage	
  et	
  plus	
  
vite.	
  
Il	
  en	
  résulte	
  une	
  perturbaFon	
  des	
  mouvements	
  
intervertébraux,	
  qui	
  vont	
  altérer	
  le	
  
foncFonnement	
  faceVaire	
  et	
  ligamentaire	
  
6-­‐8°	
  dans	
  tous	
  les	
  plans	
  
n’entraîne	
  pas	
  de	
  lésion	
  
15°	
  de	
  flexion	
  antérieure	
  
(expérimentalement	
  par	
  
retrait	
  des	
  éléments	
  
postérieurs)	
  entraîne	
  une	
  
rupture	
  du	
  disque	
  
>	
  Donc	
  les	
  hernies	
  discales	
  sont	
  liées	
  aux	
  mouvements	
  des	
  disques	
  de	
  même	
  
que	
  leur	
  orientaFon	
  postérieure	
  spécifique	
  (flexion	
  antérieure	
  du	
  rachis	
  +++)	
  
Contraintes	
  en	
  fléchissement	
  
α	
  
α	
  en	
  degrés	
  
M	
  en	
  N.m	
  
3	
   12	
   16-­‐20	
  0	
  
Contraintes	
  en	
  torsion	
  
LES	
  LIGAMENTS	
  
Les	
  ligaments	
  sont	
  efficaces	
  lorsqu’ils	
  sont	
  soumis	
  à	
  des	
  forces	
  parallèles	
  à	
  
leurs	
  fibres,	
  leurs	
  propriétés	
  sont	
  donc	
  direcFonnelles	
  ou	
  anisotropiques.	
  
Ils	
  résistent	
  aux	
  forces	
  de	
  tracFon	
  mais	
  en	
  compression	
  on	
  observe	
  un	
  
flambage	
  immédiat	
  >	
  sauf	
  pour	
  le	
  ligament	
  jaune	
  cervical	
  
Résistance	
  des	
  ligaments	
  
On	
  note	
  ε	
  la	
  déformaFon	
  d’un	
  matériau,	
  en	
  compression	
  ou	
  en	
  tracFon	
  et	
  
défini	
  par	
  la	
  relaFon	
  suivante	
  :	
  	
  
L’effort	
  est	
  :	
   σ =
F
A
F	
  ici	
  est	
  la	
  force	
  de	
  tracFon	
  
Rappels	
  sur	
  la	
  déformaFon	
  des	
  matériaux	
  
Soit	
  l	
  ’expérience	
  suivante	
  pour	
  
déterminer	
  la	
  relaFon	
  entre	
  effort	
  
de	
  tracFon	
  et	
  déformaFon	
  :	
  
Pour	
  les	
  peFtes	
  déformaFons	
  la	
  relaFon	
  est	
  linéaire.	
  Jusqu’en	
  B	
  la	
  relaFon	
  est	
  dite	
  élasKque,	
  
si	
  F	
  cesse	
  le	
  matériau	
  reprend	
  ses	
  dimensions	
  iniFales.	
  Ensuite,	
  la	
  déformaFon	
  s’accroît	
  
rapidement.	
  Après	
  C	
  une	
  déformaFon	
  apparaît	
  même	
  si	
  F	
  est	
  moins	
  importante.	
  De	
  B	
  à	
  D	
  la	
  
déformaKon	
  est	
  plasFque.	
  
La	
  distance	
  entre	
  les	
  points	
  C	
  et	
  D	
  
définit	
  le	
  comportement	
  à	
  la	
  rupture	
  
en	
  tracFon	
  :	
  (a)	
  est	
  fragile	
  ou	
  cassant,	
  
(b)	
  est	
  ducFle,	
  (c)	
  est	
  complètement	
  
ducFle.	
  	
  
Influence	
  de	
  la	
  
température	
  
€
E =
σ
ε
avec	
  σ	
  la	
  contrainte	
  
E	
  est	
  la	
  pente	
  de	
  la	
  droite	
  jusqu’au	
  point	
  A	
  
Ex	
  :	
  le	
  Titane	
  TA6V,	
  matériau	
  homogène	
  a	
  Ecompression	
  =	
  EtracFon	
  =	
  10.5x1010	
  N.m-­‐2,	
  une	
  limite	
  
de	
  résistance	
  à	
  la	
  rupture	
  en	
  tracFon	
  σmax=1.25x109	
  N.m-­‐2	
  
	
  l’os	
  fémoral	
  a	
  Ecompression	
  =	
  0.9x1010	
  et	
  EtracFon	
  =	
  1.6x1010	
  N.m-­‐2,	
  	
  
σmax	
  tracFon=0.12x109	
  et	
  σmax	
  compression=0.17x109	
  N.m-­‐2	
  
C’est	
  le	
  loi	
  de	
  HOOKE,	
  valable	
  sur	
  la	
  parFe	
  linéaire	
  du	
  
graphique	
  
€
σ =
F
A
€
ε =
Δl
l
€
E =
σ
ε
Comme	
  :	
  
Alors	
  :	
  
€
F =
A.E.Δl
l
= k.Δl avec	
  k	
  constante	
  d’élasFcité	
  ou	
  constante	
  du	
  
ressort	
  
-­‐ NZ	
  :	
  neutral	
  zone,	
  très	
  peu	
  d’efforts	
  sont	
  fournis	
  pour	
  le	
  déformer	
  (heureusement!)	
  
-­‐ EZ	
  :	
  elasFc	
  zone	
  	
  
>	
  NZ	
  et	
  EZ	
  sont	
  les	
  ordres	
  physiologiques	
  de	
  déformaFons	
  (mouvements)	
  
-­‐ PZ	
  :	
  plasFc	
  zone,	
  appariFon	
  de	
  microtrauma	
  
-­‐ Failure	
  :	
  rupture	
  du	
  ligament	
  ou	
  arrachement	
  de	
  son	
  inserFon	
  sur	
  l’os	
  
AdaptaFon	
  aux	
  
structures	
  du	
  rachis,	
  
ici	
  les	
  ligaments	
  
Exemples	
  numériques	
  pour	
  les	
  ligaments	
  les	
  plus	
  résistants	
  du	
  rachis,	
  au	
  niveau	
  
lombaire	
  :	
  
-­‐ALL	
  anterior	
  longitudinal	
  ligament	
  
-­‐PLL	
  posterior	
  longitudinal	
  ligament	
  
-­‐LF	
  ligamentum	
  flavum	
  
-­‐CL	
  capsular	
  ligament	
  
-­‐ISL	
  interspinous	
  ligament	
  
-­‐SSL	
  supraspinous	
  ligament	
  
!	
  Valeurs	
  dépendantes	
  de	
  :	
  in	
  vivo/in	
  vitro,	
  âge,	
  sport,	
  modificaFons	
  hormonales	
  
Le ligament jaune contient une grande proportion d’élastine,
synthétisée aussi par les fibroblastes. Avec l’âge l’élastine tend à
être remplacée par du collagène.
Comportement	
  dynamique	
  du	
  ligament	
  jaune	
  
Ex	
  ligament	
  jaune	
  cervical	
  normal	
  :	
  soumis	
  à	
  une	
  tension	
  de	
  repos	
  d’environ	
  18N	
  
(strain	
  10%)	
  chez	
  le	
  jeune	
  	
  
>	
  permet	
  de	
  meVre	
  le	
  disque	
  en	
  compression	
  et	
  probablement	
  d’assurer	
  son	
  
meilleur	
  rendement	
  
>	
  évite	
  le	
  flambage	
  du	
  ligament	
  en	
  condiFon	
  d’extension	
  (persiste	
  une	
  tension	
  
résiduelle	
  3%	
  voire,	
  au	
  moins	
  un	
  relâchement	
  peu	
  important	
  -­‐3%)	
  
Cas	
  de	
  l’affaissement	
  des	
  disques	
  (dégénérescence)	
  :	
  
perte	
  de	
  la	
  tension	
  résiduelle	
  du	
  ligament	
  jaune	
  >	
  n’est	
  
plus	
  soumis	
  à	
  une	
  tension	
  en	
  extension	
  >	
  flambement	
  
vers	
  le	
  canal	
  vertébral	
  >	
  risque	
  neurologique	
  médullaire	
  
Ceci	
  est	
  vrai	
  aussi	
  au	
  niveau	
  du	
  rachis	
  lombaire	
  car	
  la	
  courbure	
  est	
  une	
  lordose	
  
FoncFon	
  des	
  ligaments	
  
2	
  ligaments	
  A	
  et	
  B	
  sont	
  insérés	
  en	
  P,	
  	
  de	
  
même	
  caractérisFques	
  mécaniques	
  mais	
  
d’orientaFon	
  différentes	
  
Un	
  mouvement	
  de	
  flexion	
  est	
  appliqué	
  
sur	
  le	
  rachis	
  
La	
  vertèbre	
  considérée	
  pivote	
  sur	
  un	
  
centre	
  instantané	
  de	
  rotaFon	
  IAR	
  
Lien	
  entre	
  anatomie	
  et	
  foncFon	
  d’un	
  ligament	
  
La	
  foncFon	
  physiologique	
  d’un	
  ligament	
  dépend	
  :	
  
-­‐ de	
  sa	
  posiFon	
  par	
  rapport	
  au	
  centre	
  instantané	
  de	
  rotaFon	
  :	
  point	
  d’inserFon	
  du	
  
ligament	
  et	
  posiFon	
  de	
  l’IAR	
  (peut	
  changer	
  dans	
  des	
  condiFons	
  pathologiques)	
  
-­‐ du	
  mouvement	
  intervertébral	
  (dans	
  cet	
  exemple	
  les	
  ligaments	
  n’ont	
  aucun	
  effet	
  lors	
  
d’une	
  extension)	
  
Le	
  bras	
  de	
  levier	
  sur	
  A	
  est	
  supérieur	
  à	
  
celui	
  exercé	
  sur	
  B,	
  les	
  moments	
  sont	
  
proporFonnels	
  
Influence	
  du	
  mouvement	
  sur	
  la	
  foncFon	
  des	
  ligaments	
  rachidiens	
  lombaires	
  
Panjabi	
  Spine	
  1982	
  
l	
  :	
  le‡	
  
r	
  et	
  RT	
  :	
  right	
  
Synthèse	
  sur	
  la	
  foncFon	
  des	
  ligaments	
  :	
  
-­‐ PermeVent	
  les	
  mouvement	
  harmonieux	
  intervertébraux	
  et	
  
donc	
  de	
  la	
  colonne	
  vertébrale	
  avec	
  une	
  moindre	
  résistance	
  et	
  
donc	
  une	
  faible	
  dépense	
  énergéFque	
  par	
  l’individu	
  
-­‐ Limitent	
  les	
  mouvements	
  excessifs	
  non	
  physiologiques	
  et	
  
absorbent	
  de	
  l’énergie	
  lors	
  d’un	
  traumaFsme	
  pour	
  protéger	
  le	
  
système	
  nerveux	
  
LES	
  MUSCLES	
  
•  Excitabilité	
  :	
  capacité	
  à	
  répondre	
  à	
  une	
  sFmulaFon	
  	
  
•  ContracFlité	
  :	
  capacité	
  de	
  se	
  contracter	
  à	
  la	
  suite	
  d'une	
  
excitaFon	
  convenable.	
  En	
  général	
  un	
  muscle	
  se	
  contracte	
  de	
  
la	
  moiFé	
  de	
  sa	
  longueur	
  
•  Tonicité	
  :	
  capacité	
  de	
  conserver	
  un	
  certain	
  état	
  de	
  contracFon.	
  
Responsable	
  du	
  tonus	
  musculaire,	
  de	
  la	
  posture.	
  
•  ElasFcité	
  :	
  capacité	
  à	
  s'éFrer.	
  Les	
  muscles	
  emmagasinent	
  ainsi	
  
de	
  l'énergie	
  qu'ils	
  pourront	
  resFtuer	
  ultérieurement.	
  Les	
  
muscles	
  locomoteurs	
  sont	
  les	
  plus	
  élasFques	
  
•  FoncFons	
  :	
  mainFen	
  de	
  la	
  posture,	
  producFon	
  de	
  
mouvement,	
  de	
  chaleur	
  
Propriétés	
  
ModélisaFon	
  
CC : composante contractile
GF : Générateur de force
CV : Composante visqueuse CES :
Composante élastique série
CEP : Composante élastique-parallèle.
Composante contractile dans les tirets
CC
CC est composée des sarcomères, produit la tension active du système
CV = résistance au mouvement des protéines d'actine et de myosine
GF = raccourcissement du sarcomère
CES = une partie passive représentée par les tendons et une partie active
localisée au niveau des ponts d'actine-myosine.
CEP = gaines de tissu conjonctif maintenant les fibres musculaires
(enveloppes fibrillaires, aponévroses, fascia), participe à la tension
passive
Facteurs	
  influençant	
  la	
  généraFon	
  de	
  force	
  
la section physiologique ≈ 50 N.cm-2
le nombre de fibres musculaires
la structure du muscle (typologie des fibres)
l'angle de traction et le bras de levier
la coordination intra et inter musculaire
les facteurs psychologiques (la motivation, le
stress...)
Influence de la géométrie de la
colonne vertébrale : la lordose
lombaire prononcée « favorise »
le travail du muscle ilio-lombaire
(érecteur du rachis) par la
création de bras de levier
IV.	
  BIOMECANIQUE	
  DE	
  L’ENSEMBLE	
  
Plan	
  
I.  Aperçu	
  de	
  la	
  colonne	
  vertébrale	
  
a)  Vues	
  d’ensemble	
  
b)  Rappels	
  d’anatomie	
  
c)  MensuraFons	
  
II.  Pièces	
  consFtuFves	
  
a)  Os	
  
b)  Système	
  nerveux	
  contenu	
  dans	
  la	
  colonne	
  vertébral	
  
c)  Disques	
  
d)  Ligaments	
  
e)  Muscles	
  
III.  Biomécanique	
  propre	
  
a)  DéfiniFon	
  du	
  segment	
  mobile	
  rachidien	
  
b)  Os	
  
c)  Disques	
  
d)  Ligaments	
  
e)  Muscles	
  
IV.  Biomécanique	
  de	
  l’ensemble	
  
a)  Un	
  système	
  par	
  intégrité	
  de	
  tension	
  
b)  En	
  équilibre	
  
c)  Exemples	
  de	
  contraintes	
  supportées	
  par	
  le	
  rachis	
  lombaire	
  
d)  L’amorFssement	
  
e)  ModélisaFon	
  
Les	
  foncFons	
  du	
  rachis	
  :	
  
	
  >	
  supporter	
  le	
  poids	
  et	
  les	
  forces	
  d’inerFe	
  
	
  >	
  protecFon	
  du	
  système	
  nerveux	
  
	
  >	
  permeVre	
  le	
  mouvement	
  
	
  >	
  amorFssement	
  des	
  chocs	
  lors	
  de	
  la	
   	
  
	
  locomoFon	
  	
  
ApplicaFon	
  au	
  rachis	
  lombaire	
  
UN	
  SYSTEME	
  PAR	
  INTEGRITE	
  DE	
  
TENSION	
  
NoFon	
  de	
  tenségrité	
  :	
  faculté	
  d'une	
  structure	
  à	
  se	
  stabiliser	
  par	
  le	
  jeu	
  
des	
  forces	
  de	
  tension	
  et	
  de	
  compression	
  qui	
  s'y	
  réparFssent	
  et	
  s'y	
  
équilibrent	
  
hVp://co-­‐creaFon.net/architecture/livre-­‐1-­‐2.htm	
  
Les	
  arFculaFons	
  sont	
  des	
  «	
  points	
  de	
  compression	
  »	
  au	
  milieu	
  «	
  d’un	
  océan	
  de	
  
tension	
  »	
  assuré	
  par	
  les	
  ligaments	
  et	
  les	
  muscles	
  
Maladie	
  de	
  Marfan	
  par	
  hyperlaxité	
  
ligamentaire	
  
Camptocormie	
  par	
  atrophie	
  
des	
  muscles	
  érecteurs	
  du	
  
rachis	
  
La contre-pression intra-abdominale participe au maintien du rachis et
diminue la tension des muscles érecteurs de la colonne vertébrale
EN	
  EQUILIBRE	
  
Les	
  paramètres	
  pelviens	
  
Pente sacrée
Version pelvienne
Incidence pelvienne
2/3 de la lordose
lombaire se situent sur
le segment L4-S1
Diagramme	
  de	
  Mme	
  DUVAL-­‐BEAUPERE	
  
CorrélaFon	
  staFsFque	
  entre	
  les	
  paramètres	
  pelviens	
  et	
  les	
  courbures	
  rachidiennes	
  
Type	
  1	
  et	
  2	
  :	
  faible	
  incidence	
  
pelvienne	
  
1>	
  apex	
  bas	
  en	
  L5	
  
2>	
  apex	
  plus	
  haut	
  en	
  L3	
  
Type	
  3	
  :	
  IP	
  env	
  45°	
  
Type	
  4	
  :	
  hyperlordose	
  
Les	
  types	
  de	
  dos	
  selon	
  ROUSSOULY	
  :	
  1,	
  3,	
  4	
  >	
  les	
  contraintes	
  en	
  compression	
  sont	
  
plus	
  fortes	
  sur	
  les	
  faceVes	
  arFculaires	
  dans	
  la	
  région	
  lombaire	
  et	
  ne	
  sont	
  pas	
  
seulement	
  liées	
  à	
  l’accumulaFon	
  du	
  poids	
  sus-­‐jacent	
  en	
  comparaison	
  aux	
  vertèbres	
  
cervicales	
  
Mécanismes	
  de	
  compensaFon	
  de	
  la	
  perte	
  de	
  lordose	
  lombaire	
  
Disques	
  zygapophyses	
  et	
  
ligaments	
  
Contraintes	
  	
   Équilibre	
  sagiVal	
  
et	
  frontal	
  
La	
  cascade	
  biomécanique	
  
EXEMPLE	
  DE	
  CONTRAINTES	
  
SUPPORTEES	
  PAR	
  LE	
  RACHIS	
  
LOMBAIRE	
  
Ex	
  :	
  L3	
  est	
  l’apex	
  de	
  ceVe	
  
colonne	
  lombaire	
  :	
  supporte	
  
tout	
  le	
  poids	
  du	
  corps	
  sus-­‐
jacent	
  
CréaFon	
  d’un	
  moment	
  
fléchissant	
  du	
  fait	
  de	
  son	
  
retrait	
  par	
  rapport	
  à	
  la	
  verFcale	
  
du	
  centre	
  de	
  gravité	
  
Contraintes	
  staFques	
  
L’acFon	
  stabilisatrice	
  des	
  muscles	
  
nécessite	
  un	
  effort	
  moindre	
  grâce	
  au	
  bras	
  
de	
  levier	
  qui	
  crée	
  un	
  Moment	
  favorable	
  
Ce	
  bras	
  de	
  levier	
  dépend	
  de	
  l’importance	
  
de	
  la	
  lordose	
  
Les	
  contraintes	
  appliquées	
  
sur	
  L3	
  sont	
  supérieures	
  au	
  
seul	
  poids	
  du	
  corps	
  sus-­‐
jacent	
  
compression
Cisaillement
Contrainte résultante
Limite physiologique en compression pure ; si > 6000 N lésion discale, si >
8000 N fracture du corps vertébral
Maxi
3000 – 6000 N
10-20 kg
10 cm
En flexion l’unité fonctionnelle connaît une déformation plastique à
partir d’un Moment de 20 Nm, donc les muscles doivent agir en tant
que contre-couple
Influence	
  de	
  la	
  posiFon	
  sur	
  les	
  courbures	
  du	
  rachis	
  
Variation associée de la
pression dans les deux
derniers disques
lombaires :
PA<PC<PB
Moments et flexion du rachis :
> dans le disque L5-S1 = 192.5 Nm
> le contre-couple des muscles
érecteurs du rachis pour un bras de
levier de 5 cm = 3850 Nm
Les	
  règles	
  d’hygiène	
  lombaire	
  
Lift assist device and method
L’AMORTISSEMENT	
  
Une même colonne avec les mêmes propriétés mécaniques, droite ou
avec courbures : pour une même charge appliquée au sommet, la
colonne avec courbures se déforme 150 fois plus
La déformation de la colonne vertébrale ainsi que l’énergie dissipée en
chaleur, essentiellement par les disques, permet d’amortir les chocs
lors de la locomotion
MODELISATION	
  
P. ROUCH
L’analyse en éléments finis permet de créer un modèle de colonne
vertébral et de calculer les contraintes reçues par chaque structure
anatomique ou implant (ex : vis pédiculaire)
Voire mesures in vitro… http://orthoload.com/
Références	
  
•  NeVer	
  Atlas	
  of	
  human	
  anatomy	
  
•  Clinical	
  biomechanics	
  of	
  the	
  spine	
  
•  Clinical	
  Anatomy	
  of	
  the	
  Lumbar	
  Spine	
  and	
  Sacrum	
  
•  Basics	
  biomechanics	
  of	
  the	
  musculoskeletal	
  system	
  
•  ROUCH	
  Conférence	
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Squele‰que	
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•  DE	
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Biomecanique du rachis

  • 1. Biomécanique  du  rachis   Benjamin  NICOT   Neurochirurgien  
  • 2. Plan   I.  Aperçu  de  la  colonne  vertébrale   a)  Vues  d’ensemble   b)  Rappels  d’anatomie   c)  MensuraFons   II.  Pièces  consFtuFves   a)  Os   b)  Système  nerveux  contenu  dans  la  colonne  vertébral   c)  Disques   d)  Ligaments   e)  Muscles   III.  Biomécanique  propre   a)  DéfiniFon  du  segment  mobile  rachidien   b)  Os   c)  Disques   d)  Ligaments   e)  Muscles   IV.  Biomécanique  de  l’ensemble   a)  Un  système  par  intégrité  de  tension   b)  En  équilibre   c)  Exemples  de  contraintes  supportées  par  le  rachis  lombaire   d)  L’amorFssement   e)  ModélisaFon  
  • 3. La  colonne  vertébrale  est  un  écrin   adaptable   •  Précieuse   •  Renferme  un  trésor  :  le  système  nerveux   •  AdaptaFon  instantanée   •  AdaptaFon  prolongée  
  • 4. Plan   I.  Aperçu  de  la  colonne  vertébrale   a)  Vues  d’ensemble   b)  Rappels  d’anatomie   c)  MensuraFons   II.  Pièces  consFtuFves   a)  Os   b)  Système  nerveux  contenu  dans  la  colonne  vertébral   c)  Disques   d)  Ligaments   e)  Muscles   III.  Biomécanique  propre   a)  DéfiniFon  du  segment  mobile  rachidien   b)  Os   c)  Disques   d)  Ligaments   e)  Muscles   IV.  Biomécanique  de  l’ensemble   a)  Un  système  par  intégrité  de  tension   b)  En  équilibre   c)  Exemples  de  contraintes  supportées  par  le  rachis  lombaire   d)  L’amorFssement   e)  ModélisaFon  
  • 5. I.  APERCU  DE  LA  COLONNE   VERTEBRALE  
  • 6. Vues  de  la  colonne  vertébrale  ou   rachis  :   1  de  face  =>  plan  frontal   2  de  profil  =>  plan  sagiVal   3  de  dos   Une  vue  de  dessus  ou  de   dessous  définit  le  plan  axial   1   2   3   Aperçu  global  de  la  colonne  vertébrale  
  • 7. 3  plans  anatomiques   Utilisés pour décrire toute structure du corps humain, en clinique et en imagerie
  • 8. Lordose  cervicale    20-­‐40°   Cyphose  thoracique    20-­‐40°   Lordose  lombaire    30-­‐50°   Cyphose  du  sacrum   3  courbures  physiologiques  dans  la  plan  sagiVal  
  • 9. RecFtude  physiologique  dans  le  plan  frontal  
  • 10. La scoliose est une déformation 3D
  • 11. LA VERTEBRE FONDAMENTALE (vue ventro latéro crâniale G) Corps Colonne zygapophysaire G Facette zygapophysaire caudale G Zygapophyse crâniale D Pédicule G Lame G Processus épineux Foramen vertébral Processus transverse G Arc vertébral
  • 12.
  • 13. Colonne mobile Colonne fixe 1/5 1/5 1/5 2/5 Colonne cervicale 7 vertèbres (C) Colonne thoracique 12 vertèbres (T) Colonne lombaire 5 vertèbres (L) Coccyx 4-5 vertèbres C5 T6 L4 Pôle dorsal du crâne Sommet de la courbure thoracique Sommet de la courbure sacrée Mensurations de la colonne -2/5 de la stature -homme: 70-75 cm -Femme: 60-65 cm FORME ET DIMENSIONS DE LA COLONNE VERTEBRALE Colonne sacrée (sacrum) 5 vertèbres (S)
  • 15. Plan   I.  Aperçu  de  la  colonne  vertébrale   a)  Vues  d’ensemble   b)  Rappels  d’anatomie   c)  MensuraFons   II.  Pièces  consFtuFves   a)  Os   b)  Système  nerveux  contenu  dans  la  colonne  vertébral   c)  Disques   d)  Ligaments   e)  Muscles   III.  Biomécanique  propre   a)  DéfiniFon  du  segment  mobile  rachidien   b)  Os   c)  Disques   d)  Ligaments   e)  Muscles   IV.  Biomécanique  de  l’ensemble   a)  Un  système  par  intégrité  de  tension   b)  En  équilibre   c)  Exemples  de  contraintes  supportées  par  le  rachis  lombaire   d)  L’amorFssement   e)  ModélisaFon  
  • 18. Le  sommet  du  rachis  cervical  souFen  directement  la  tête  (C1  est  appelée  l’Atlas)  
  • 19.
  • 20.
  • 21. C7  est  la  dernière  vertèbre  cervicale,  son  épineuse  est  dite  «  proéminente  ».     Elle  repose  sur  la  première  vertèbre  thoracique  T1  
  • 23.
  • 24.
  • 25. T12  est  appelée  vertèbre  de  transiFon,  sa  morphologie  est  proche  d’une   vertèbre  lombaire  :   -­‐   corps  vertébral  plus  volumineux   -­‐   pédicule  plus  large   -­‐   processus  épineux  plus  horizontal  
  • 26.
  • 28. Facette articulaire supérieure Facette articulaire supérieure Facette articulaire inférieure Facette articulaire inférieure
  • 29. Les  3  piliers  de  la  colonne  vertébrale  (au-­‐dessous  de  C2)   René LOUIS 1977
  • 30. Il  existe  une  grande  variabilité   individuelle  concernant  l’orientaFon  des   faceVes  arFculaires  et  notamment  sur  la   posiFon  des  vertèbres  transiFonnelles   (ex  :  T9  à  L1).   Les  faceVes  arFculaires  des  vertèbre   lombaires  ne  sont  pas  planes  mais   courbes.   L’orientaFon  des  faceVes  condiFonne  les   mouvements  intervertébraux   OrientaFon  des  faceVes  arFculaires  
  • 31. 45°  plan  axial   Vertèbres  cervicales  au-­‐dessous  de  C2  
  • 32. 60°  plan  axial   20°  plan  frontal   Vertèbres  thoraciques  
  • 33. 90°  plan  axial   45°  plan  frontal   Vertèbres  lombaires  
  • 34. Le  sacrum  ou  «  vertèbre  pelvienne  »  
  • 35.
  • 36.
  • 37.
  • 38. coccyx Facette articulaire supérieure le sacrum est surtout un os porteur
  • 39.
  • 41. La  balance  de  PAUWELS   Au cours d’un appui monopodal (ex : la marche), pour garder le bassin à l’horizontale, il est nécessaire de contre-balancer le poids du corps dont la composante verticale passe par le sacrum
  • 42. P Bilan des forces de part et d’autre de la tête fémorale assimilée à un point d’appui Pour que la station unipodale droite soit tenue : F = P (en normes) F OA B
  • 43. L’effet des muscles fessiers permet de contre-balancer le poids du corps (en plus du mouvement des bras) Du fait de la création de bras de levier (OB = 2 OA), la contrainte résultante sur l’articulation coxo-fémorale est d’environ 4 fois le poids du corps OA B
  • 44. Quizz : comment expliquer la perte d’horizontalité du bassin de cette personne (hypothèses biomécaniques seulement)? Quels sont les mécanismes de compensation? - Insuffisance intrinsèque des muscles fessiers à droite - Bras de levier trop important, insuffisance fonctionnelle - Compensation par l’augmentation du poids du corps en dehors de la projection verticale de l’articulation coxo-fémorale droite
  • 45. LE  SYSTEME  NERVEUX  A   L’INTERIEUR  DE  LA  COLONNE   VERTEBRALE  
  • 46. La  moelle  épinière  et  les  racines  spinales   Entre  chaque  vertèbre   sortent  4  racines  spinales   (2  droites  et  2  gauches)   La  racine  ventrale  est   motrice,  la  dorsale  est   sensiFve   La  moelle  se  termine  en   L1   Dans  le  canal  lombaire,  il   n’y  a  que  des  racines   spinales  
  • 47. Au  niveau  thoracique  (et  cervical)  :  la   moelle  et  les  racines  spinales   segmentaires   Au  niveau  de  L1  :  le  cône  terminal  et   les  racines  de  la  queue  de  cheval  
  • 49. Les  vertèbres  sont  reliées  et  maintenues  entre   elles  par  des  structures  fibreuses  :  elles   permeVent  les  mouvements  en  gardant  les   arFculaFons  congruentes  et  évitent  les   déplacements  excessifs  à  risque  neurologique   et/ou  vasculaire   Disque  intervertébral   Ligament  intervertébral   Capsule  synoviale   Entre  les  surfaces     arFculaires   Entre  points     d’ancrage  non     arFculés  
  • 51.
  • 52. Structure  des  disques  intervertébraux   θ=60°  +  croisement  entre  2  couches    =   meilleure  résistance  à  la  tracFon   Annulus  fibrosus   (carFlage)   Coupe  frontale   Coupe  axiale  
  • 53. •  Les  disques  représentent  20  à  33%  de  la   hauteur  de  la  colonne  vertébrale   •  Le  nucleus  est  très  hydraté  (70-­‐90%  d’eau),   plutôt  postérieur  dans  la  région  L  où  il   consFtue  30-­‐50  %  de  la  surface  du  disque   •  L’anulus  est  fibreux,  il  s’insère  sur  le  carFlage   sous-­‐chondral  et  directement  sur  l’os  en   périphérie  (fibres  de  SHARPEY)  
  • 55. Histologie   Structures avasculaires, composées de fibres de collagènes en faisceaux parallèles
  • 56. Complexe «multi-couche » au niveau de la charnière crânio-rachidienne, région fonctionnellement très mobile mais qui doit protéger la moelle épinière cervicale : conservation des dimensions du canal médullaire Anatomie  
  • 57. Le  ligament  jaune   Disque  intervertébral   Ligament  longitudinal  antérieur   Ligament  longitudinal  postérieur   Capsule  synoviale   Ligament  inter-­‐épineux   Ligament  supra-­‐épineux   Composition des structures ligamentaires au-dessous de C2
  • 58.
  • 61.
  • 62. Les  vertèbres  sont  aussi  reliées  et  maintenues  entre  elles  par  des  structures  musculaires.   Ce  sont  par  ailleurs  les  effecteurs  des  mouvements  acFfs  intervertébraux  ≠  mouvements   passifs  liés  à  l’élasFcité  arFculaFon-­‐ligaments-­‐muscles  et  liés  à  la  pesanteur   Muscles  profonds  insérés  sur   les  vertèbres   Muscles  superficiels  insérés  sur   d’autres  structures  osseuses   Anatomie  
  • 63. Muscle oblique externe oblique interne et grands droits transverse de l’abdomen Muscles  antérieurs  pour  le  rachis  lombaire  
  • 64. Muscles  postérieurs  pour  le  rachis  lombaire  
  • 65.
  • 66. Importance des tissus disco- ligamentaires et musculaires qui entourent le rachis
  • 68. Plan   I.  Aperçu  de  la  colonne  vertébrale   a)  Vues  d’ensemble   b)  Rappels  d’anatomie   c)  MensuraFons   II.  Pièces  consFtuFves   a)  Os   b)  Système  nerveux  contenu  dans  la  colonne  vertébral   c)  Disques   d)  Ligaments   e)  Muscles   III.  Biomécanique  propre   a)  DéfiniFon  du  segment  mobile  rachidien   b)  Os   c)  Disques   d)  Ligaments   e)  Muscles   IV.  Biomécanique  de  l’ensemble   a)  Un  système  par  intégrité  de  tension   b)  En  équilibre   c)  Exemples  de  contraintes  supportées  par  le  rachis  lombaire   d)  L’amorFssement   e)  ModélisaFon  
  • 69. DEFINITION  DU  SEGMENT  MOBILE   RACHIDIEN  
  • 70. Une  unité  foncFonnelle  =  segment  mobile  rachidien  <>  2  vertèbres  et  leurs   structures  disco-­‐ligamentaires  internes   Le  segment  mobile  rachidien  
  • 71. Système  de  coordonnées  centré  ici  sur  la  vertèbre  supérieure  pour  étudier  la   biomécanique  du  segment  mobile  rachidien  
  • 72. Les  mouvements  se  créent  entre  les  vertèbres,  au  sein  de  chaque  unité  foncFonnelle   ou  segment  mobile  rachidien,  autour  des  centres  instantanés  de  rotaKon   Ces  mouvements  sont  souvent  composés  (ex  :  une  inclinaison  latérale  nécessite  une     rotaFon  homolatérale)   E   F   ID   IG   RD&G   Plan  sagiVal   Plan  frontal   Plan  axial   Mouvements  fondamentaux  
  • 73. Ces  mouvements  nécessitent  une  résistance  de  l’ensemble  de  la  colonne  vertébrale   (contraintes  en  compression  et  cisaillement)  et  une  élasFcité  (mouvements  intervertébraux)   Les  mouvements  de  la  colonne  vertébrale  
  • 74.
  • 75. L’environnement  osseux  et   ligamentaires  de  la  colonne   vertébrale  thoracique,   l’orientaFon  de  ses  faceVes   arFculaires  augmentent  sa   rigidité.   Finalité  :  un  «  mât  »  pour   permeVre  de  gonfler  les   poumons.   Résultats  obtenus  par   simulaFon  
  • 77. Contraintes  en  compression  sur  les  corps  vertébraux   Le  modèle  de  colonne  vertébrale  selon  LOUIS  (1977)   montre  bien  l’augmentaFon  des  volumes  et  masses   vertébrales  de  C3  à  L5  :  adaptaFon  mécanique  à   l’augmentaFon  des  charges  qui  sont  appliquées   >  foncFon  de  support  
  • 78. Os  corFcal   >  compact   Os  spongieux   >  trabéculaire   Les vertèbres sont constitués d’os cortical, leur enveloppe et d’os spongieux, leur contentu L’architecture osseuse permet d’optimiser la résistance osseuse en compression
  • 79. A  et  B  :  vertèbre  consFtuée  d’os  corFcal  seul   C  et  D  :  travées  osseuses  verFcales  seulement   E  et  F:  maillage  de  travées  osseuses  (os   spongieux)  
  • 80. Les  travées  osseuses  sont  organisées  en  cylindres  pour  limiter  le  flambement  
  • 81. Le  flambage  ou  flambement  est  une  flexion  sous  un  effort  normal  de   compression  
  • 82. Pour  le  cas  spécifique  de  la  compression,  on  définit  aussi  le  coefficient  de  POISSON  qui   permet  de  caractériser  la  contracFon  de  la  maFère  perpendiculairement  à  la  direcFon   de  l'effort  appliqué  
  • 83. Avec l’augmentation de la vitesse de déformation, l’écoulement visqueux de la moelle osseuse est limité ce qui contribue à augmenter l'énergie absorbée par l'os en cas d’impact. Influence  de  la  vitesse  de  déformaFon  de  l’os  vertébral  
  • 84. 1/ phase linéaire; 2/ phase de déformation plastique suivie d'une phase horizontale, (l'affaissement des pores) 3/ phase de densification : elle intervient après l'affaissement complet des cellules, et se caractérise par une augmentation de la contrainte. La moelle osseuse a un rôle majeur pour assurer la résistance de l’os spongieux vertébral aux traumatismes
  • 86. L’amincissement  des  travées  de  l’os  spongieux,  débute  par  les  travées   horizontales  donc  augmente  la  longueur  libre  des  travées  verFcales  et  donc  le   risque  de  fracture  vertébrale  par  flambage.  
  • 87. L’amincissement  des  l’os  trabéculaire  se  traduit  par  une  baisse  de  la   minéralisaFon  vertébrale,  mesurable  cliniquement  par  l’ostéodensitométrie  
  • 88.
  • 89. Le TBS est un indice de texture osseuse qui évalue la variation des niveaux de gris des pixels d’une image de DMO lombaire, donnant un index indirect de la micro-architecture trabéculaire
  • 90. La  quanFté  d’os  sec  est  directement  corrélée,  de  façon  exponenFelle,  à  la   résistance  du  corps  vertébral  en  compression  (NB  :  la  moelle  osseuse  joue  un  rôle   mécanique  dans  l’absorpFon  des  chocs)  
  • 91. Les  paFents  ne  sont  pas  tous  égaux  suite  à  la  survenue  d’une  fracture  vertébrale  :   pour  certains  l’os  spongieux  devient  plus  rigide  sous  compression  progressive   après  fracture.   L’orientaFon  des  travées  osseuses  joue     probablement  un  rôle  explicaFf  majeur   env  9.5%   (<  2%  pour  l’os  corFcal)  
  • 92. L’orientaFon  globale  des  travées  osseuses   consFtue  des  lignes  de  force     Loi  de  WOLFF  :  la  croissance  ou  le  remaniement   osseux  s’organisent  en  réponse  aux  contraintes   exercées  sur  eux   Autres  contraintes  sur  les  corps  vertébraux  
  • 93. Moment  fléchissant   Traction dans la partie supérieure Compression dans la partie inférieure Fibre neutre F
  • 94. F
  • 96. F R
  • 97. 20%   80%   Les  forces  de  compression  passent  par   le  complexe  disque-­‐corps  vertébral   pour  80%  et  les  zygapophyses  pour   20%       Ces  mesures  ont  été  réalisées  par   capteur  de  pression  sur  un  segment   mobile  rachidien  avec  et  sans  arc   postérieur  par  Nachemson   Contraintes  sur  les  faceVes  arFculaires  
  • 98. La  contrainte  en  compression  sur  les   faceVes  arFculaires  :   >  diminue  lors  de  l’antéflexion  (jusqu’à   7°  par  exemple  pour  L2-­‐L3  car  après  la   compression  sur  les  faceVes  augmente)   >  augmente  avec  l’extension  pour  la   colonne  cervical  et  lombaire,  le   contraire  se  crée  sur  la  colonne   thoracique  
  • 99.
  • 100. CeVe  contrainte  en  compression  sur  les   faceVes  arFculaires  augmente  avec  leur   posiFon  au-­‐dessus  de  l’apex  de  la   lordose  pour  le  rachis  lombaire   Au-­‐dessous,  les  contraintes  sont   davantage  en  cisaillement   apex  (point  d’inflexion)  lombaire  
  • 101. apex  (point  d’inflexion)  lombaire   P P
  • 102. Rôle  des  faceVes  arFculaires  dans  les  mouvements  intervertébraux   Les facettes sont recouverte de cartilage articulaire Fonctions du cartilage : dynamique (associé au liquide synovial) : diminution des forces de friction statique : transmission, répartition et amortissement des contraintes
  • 103. L’usure  du  carFlage  est  associée  à  l’arthrose  
  • 104. Le  rôle  des  faceVes  arFculaires  est  fondamental  pour  les   mouvements  intervertébraux  en  les  rendant  possibles  mais   aussi  en  limitant  les  amplitudes  extrêmes  (luxaFons).   Ex  d’une  étude  au   laboratoire  d’anatomie   de  l’impact  de  gestes  de   résecFon  osseuse  sur  la   mobilité  du  rachis   lombaire  
  • 105. Ces  arFculaFons  peuvent  «  s’user  »,  de   l’arthrose  se  développe  pouvant  rétrécir  le   canal  vertébral.   Ceci  est  favorisé  par  l’affaissement  discal.  
  • 106.
  • 107. Risque de luxation Risque de spondylolisthésis Les articulations en C et J, orientées à 45°, permettent de limiter les risques de luxation latérale et de spondylolisthésis tout en permettant les mouvements intervertébraux
  • 108. Mise  en  évidence  du  rôle  stabilisateur     des  faceVes  arFculaires  :  le  spondylolisthésis   DégénéraFf  :  favorisé  par  la  sagiValisaFon     des  faceVes   Lyse  isthmique  bilatérale  :  séparaFon  des   faceVes  supérieures  et  inférieures  
  • 109. L’obliquité  des  faceVes  favorise  la  rotaFon  axiale,  donc  le  cisaillement  axial  des   disques,  les  lésions  de  l’annulus  (la  moiFé  des  fibres  sont  alignés  avec  la  direcFon   de  ce  mouvement  et  donc  éFrées)  qui  peuvent  entraîner  l’appariFon  d’une   hernie  discale  
  • 111. De  retour  sur  Terre,  les   astronautes  mesurent   quelques  cenFmètres  de   plus  qu’avant  leur  départ   Idem  le  maFn  au  réveil   <>  PercolaFon  et  échanges  osmoFques  dans  le  disque  :   exsudaFon  de  fluide  sous  compression  et  redistribuFon  lors   de  la  relaxaKon   Propriétés  visco-­‐élasFques  
  • 112. •  On  disFngue  2  types  de  contraintes  exercées   sur  les  disques  car  leur  réponse  sera  variable   du  fait  de  leur  caractère  visco-­‐élasKque  :  leurs   propriétés  physiques  varient  dans  le  temps   >  contraintes  courtes  de  grande  intensité  (ex  :   effort  brusque  de  soulèvement)  <>  propriétés   de  solide  élasKque   >  contraintes  longues  de  faible  intensité  (ex  :   acFvité  quoFdienne,  locomoFon)  <>   propriétés  de  fluide  visqueux  
  • 113. •  Les  propriétés  viscoélasKques  des  disques  sont  dépendantes   du  temps.  Les  courbes  contraintes-­‐déplacements  sont   foncFon  de  la  vitesse  d’applicaFon  des  contraintes     •  Plus  les  contraintes  sont  rapides  plus  les  matériaux   deviennent  rigides   Piscine  remplie  avec  un  fluide   non  newtonien  :  sa  viscosité   n’est  pas  constante,  ici  de   l’Oobleck  (eau+fécule  de  maïs)  
  • 114. <>  Solide  viscoélasKque  <>   Solide  élasFque   modèle  mécanique  :  ressort   Fluide  newtonien   modèle  mécanique:  amorFsseur   Comportement  élasFque   Comportement  visqueux   Corps  idéalement  élasKque   La  réversibilité  entre  contrainte  et  déformaFon  est  parfaite  (il  n'y  a  pas  d'effet  mémoire   du  matériau).   Les  relaFons  entre  contrainte  et  déformaFon  sont  instantanées.   Les  relaFons  entre  contrainte  et  déformaFon  sont  linéaires.   Corps  idéalement  visqueux   La  viscosité  de  dépend  pas  des  contraintes  appliquées  sur  le  fluide   L'énergie  mécanique  est  totalement  dissipée  (sous  forme  de  chaleur).  
  • 115. Le  fluage  est   caractérisFque  d’un   matériau  viscoélasFque   Le  fluage  du  disque  sous  charge  compressive  constante   s’explique  par  l’exsudaFon  du  fluide  qui  a  lieu  en  réponse   au  dépassement  de  la  pression  nucléaire  admissible.     Si  l’on  applique  au  disque  une  contrainte  constante,  la   déformaFon  augmente  progressivement  tant  que  le   fluide  conFnue  à  s’écouler.  Lorsque  l’ensemble  collagène-­‐ protéoglycanes  est  parvenu  à  équilibrer  la  charge  externe,   l’exsudaFon  cesse  et  la  déformaFon  tend  à  devenir   constante.   temps déformation
  • 116.
  • 117. Lors  de  la  relaxaKon,  l’hystérésis  est  du  à  la  perte  d’énergie  converFe  en  chaleur   L’origine  de  la  relaxaFon  de  contraintes   provient  aussi  de  l’exsudaFon  de  fluide.   Durant  l’applicaFon  d’un  déplacement  à  une     certaine  vitesse,  une  augmentaFon  de  la  contrainte  interne     est  générée  par  l’exsudaFon  forcée  du  fluide  intersFFel  et  la  compression  de  la   matrice  solide  aux  environs  de  la  surface.  Lorsque  le  déplacement   est  maintenu,  la  relaxaFon  de  la  contrainte  est  en  retour  engendrée  par  la   redistribuFon  progressive  du  fluide  dans  la  matrice.  
  • 118.
  • 119. Pour  des  charges  faibles  les   disques  montrent  peu  de   résistance  (assurent  le   mobilité)  alors  que  pour  des   charges  plus  importantes  ils   devient  plus  rigides  (assurent   la  stabilité)   Pour  étudier  les  propriétés  mécaniques  des  disques  sur  banc  d’essai,  les  charges  et   déformaFons  sont  enregistrées  simultanément.  
  • 120. La  résistance  au  cisaillement  antérieur   intervertébral  est  de  2/3  par  le  disque  et   1/3  par  les  faceVes  lorsque  la  contrainte   est  appliquée  de  façon  rapide.   Si  la  contrainte  est  appliquée  lentement,   la  vertèbre  sus-­‐jacente  tend  à  glisser   (propriétés  viscoélasFques  des  disques)   et  la  part  de  résistance  des  faceVes  peut   être  proche  de  100%.   La visco-élasticité des disques influence les contraintes reçues par les structures adjacentes
  • 121. Les  disques  et  les  faceVes  zygapophysaires  sont   les  éléments  soumis  surtout  à  des  forces  de   compression     Ceci  se  retrouve  dans  les  modèles  biomécaniques,   staFques,  du  rachis  permeVant  d’évaluer  la   stabilité  de  la  structure  dans  le  cas  de  fractures   osseuses  ou  lésions  ligamentaires   En  posiFon  assise  les  forces  exercées  dans  le   disque  peuvent  supérieures  à  3  fois  le  poids  du   corps  se  trouvant  au-­‐dessus  
  • 122. Selon  la  classificaFon  des  fractures  de  MAGERL,  qui  repose  sur  le  modèle   biomécanique  d’OLDSWORTH,  le  rachis  à  gauche  (fracture  isolée  du  corps  vertébral)   est  plus  stable  que  le  rachis  à  droite  (fracture  du  corps  et  des  piliers  postérieurs,  les   massifs  zygapophysaires)  
  • 123. Lésions  discales   •  TraumaFsmes  aigus  des  disques  :  fissuraFon   de  l’annulus,  déchirure  (luxaFon  inter-­‐ vertébrale)  <>  rares   •  TraumaFsmes  chroniques  :  dégénérescence   discale,  favorisée  par  :     – SuscepFbilité  généFque  discale   – Géométrie  de  la  colonne  vertébrale   – Facteurs  environnementaux  :  profession,  acFvités   physiques  
  • 124. On  retrouve  les  forces  de  tracFon  sur  l’annulus  même  au  repos  :  les   contraintes  exercées  sur  les  disques  lombaires  sont  d’environ  120-­‐200N   mesures  sur  cadavre  120N  >  0N  après  résecFon  des  éléments  postérieurs       mesures  in  vivo  200N   >  Problème  du  risque  de  récidive  de  hernie  discale  une  fois  que  l’annulus  a  été  ouvert   Les  forces  de  compression  sur  le   nucleus  créent  des  forces  de   tracFon  sur  l’annulus  
  • 125. Les  lésions  dégénéraKves  /  traumaKques  survenant  sur  les  disques  liés  aux  forces   de  compression  peuvent  entraîner  :   -­‐  un  bombement  discal  sans  direcFon  spécifique  (bulging  disc)   -­‐  des  nodules  de  SCHMORL  liée  à  une  fracture  des  plateaux  vertébraux   Contraintes  en  compression  axiale  
  • 126. La pression dans les disques est plus importante en position assise qu’en station debout (mesures in vitro)
  • 127. Les  forces  de  tracKon  augmentent  dans  certaines  porFons  du  disque  lors  de   certaines  phases  de  mouvements  de  flexion/extension,  inclinaisons,   rotaFons   En  flexion,  une  tracFon   apparaît  dans  la  parFe   postérieure  du  disque  sur   l’annulus  et  un   bombement  (bulging)  du   disque  dans  la  parFe   antérieure  
  • 128. Disque  du  sujet  jeune  :  nucleus  hydraté,  transmet  les   forces  de  compression  >  tension  des  fibres  de  l’annulus   L’hydrataFon  joue  donc  un  rôle  majeur,  le  nucleus  reFent   l’eau  (ex  :  taille  d’un  individu  plus  importante  le  maFn  au   lever)   La  résistance  de  l’os  spongieux  a  un  gradient  centre  >   périphérie   Disque  du  sujet  âgé:  nucleus  déshydraté,  transmet  mal  les   forces  de  compression  >  compression  des  fibres  de   l’annulus   Les  plateaux  sont  soumis  à  moins  de  «  contre-­‐pression  »   et  perdent  leur  concavité   La  résistance  de  l’os  spongieux  est  homogène  centre  -­‐   périphérie  
  • 129. Ceci  se  démontre  expérimentalement   sur  un  segment  mobile  rachidien  sans   dégénérescence  discale  
  • 130. En  plus  d’altérer  la  réparFFon  3D  des  forces,  un   disque  dégénéré  se  déforme  davantage  et  plus   vite.   Il  en  résulte  une  perturbaFon  des  mouvements   intervertébraux,  qui  vont  altérer  le   foncFonnement  faceVaire  et  ligamentaire  
  • 131. 6-­‐8°  dans  tous  les  plans   n’entraîne  pas  de  lésion   15°  de  flexion  antérieure   (expérimentalement  par   retrait  des  éléments   postérieurs)  entraîne  une   rupture  du  disque   >  Donc  les  hernies  discales  sont  liées  aux  mouvements  des  disques  de  même   que  leur  orientaFon  postérieure  spécifique  (flexion  antérieure  du  rachis  +++)   Contraintes  en  fléchissement  
  • 132. α   α  en  degrés   M  en  N.m   3   12   16-­‐20  0   Contraintes  en  torsion  
  • 133.
  • 135. Les  ligaments  sont  efficaces  lorsqu’ils  sont  soumis  à  des  forces  parallèles  à   leurs  fibres,  leurs  propriétés  sont  donc  direcFonnelles  ou  anisotropiques.   Ils  résistent  aux  forces  de  tracFon  mais  en  compression  on  observe  un   flambage  immédiat  >  sauf  pour  le  ligament  jaune  cervical   Résistance  des  ligaments  
  • 136. On  note  ε  la  déformaFon  d’un  matériau,  en  compression  ou  en  tracFon  et   défini  par  la  relaFon  suivante  :     L’effort  est  :   σ = F A F  ici  est  la  force  de  tracFon   Rappels  sur  la  déformaFon  des  matériaux  
  • 137. Soit  l  ’expérience  suivante  pour   déterminer  la  relaFon  entre  effort   de  tracFon  et  déformaFon  :   Pour  les  peFtes  déformaFons  la  relaFon  est  linéaire.  Jusqu’en  B  la  relaFon  est  dite  élasKque,   si  F  cesse  le  matériau  reprend  ses  dimensions  iniFales.  Ensuite,  la  déformaFon  s’accroît   rapidement.  Après  C  une  déformaFon  apparaît  même  si  F  est  moins  importante.  De  B  à  D  la   déformaKon  est  plasFque.  
  • 138. La  distance  entre  les  points  C  et  D   définit  le  comportement  à  la  rupture   en  tracFon  :  (a)  est  fragile  ou  cassant,   (b)  est  ducFle,  (c)  est  complètement   ducFle.     Influence  de  la   température  
  • 139. € E = σ ε avec  σ  la  contrainte   E  est  la  pente  de  la  droite  jusqu’au  point  A   Ex  :  le  Titane  TA6V,  matériau  homogène  a  Ecompression  =  EtracFon  =  10.5x1010  N.m-­‐2,  une  limite   de  résistance  à  la  rupture  en  tracFon  σmax=1.25x109  N.m-­‐2    l’os  fémoral  a  Ecompression  =  0.9x1010  et  EtracFon  =  1.6x1010  N.m-­‐2,     σmax  tracFon=0.12x109  et  σmax  compression=0.17x109  N.m-­‐2  
  • 140. C’est  le  loi  de  HOOKE,  valable  sur  la  parFe  linéaire  du   graphique   € σ = F A € ε = Δl l € E = σ ε Comme  :   Alors  :   € F = A.E.Δl l = k.Δl avec  k  constante  d’élasFcité  ou  constante  du   ressort  
  • 141. -­‐ NZ  :  neutral  zone,  très  peu  d’efforts  sont  fournis  pour  le  déformer  (heureusement!)   -­‐ EZ  :  elasFc  zone     >  NZ  et  EZ  sont  les  ordres  physiologiques  de  déformaFons  (mouvements)   -­‐ PZ  :  plasFc  zone,  appariFon  de  microtrauma   -­‐ Failure  :  rupture  du  ligament  ou  arrachement  de  son  inserFon  sur  l’os   AdaptaFon  aux   structures  du  rachis,   ici  les  ligaments  
  • 142. Exemples  numériques  pour  les  ligaments  les  plus  résistants  du  rachis,  au  niveau   lombaire  :   -­‐ALL  anterior  longitudinal  ligament   -­‐PLL  posterior  longitudinal  ligament   -­‐LF  ligamentum  flavum   -­‐CL  capsular  ligament   -­‐ISL  interspinous  ligament   -­‐SSL  supraspinous  ligament   !  Valeurs  dépendantes  de  :  in  vivo/in  vitro,  âge,  sport,  modificaFons  hormonales  
  • 143. Le ligament jaune contient une grande proportion d’élastine, synthétisée aussi par les fibroblastes. Avec l’âge l’élastine tend à être remplacée par du collagène. Comportement  dynamique  du  ligament  jaune  
  • 144. Ex  ligament  jaune  cervical  normal  :  soumis  à  une  tension  de  repos  d’environ  18N   (strain  10%)  chez  le  jeune     >  permet  de  meVre  le  disque  en  compression  et  probablement  d’assurer  son   meilleur  rendement   >  évite  le  flambage  du  ligament  en  condiFon  d’extension  (persiste  une  tension   résiduelle  3%  voire,  au  moins  un  relâchement  peu  important  -­‐3%)  
  • 145. Cas  de  l’affaissement  des  disques  (dégénérescence)  :   perte  de  la  tension  résiduelle  du  ligament  jaune  >  n’est   plus  soumis  à  une  tension  en  extension  >  flambement   vers  le  canal  vertébral  >  risque  neurologique  médullaire  
  • 146. Ceci  est  vrai  aussi  au  niveau  du  rachis  lombaire  car  la  courbure  est  une  lordose  
  • 147. FoncFon  des  ligaments   2  ligaments  A  et  B  sont  insérés  en  P,    de   même  caractérisFques  mécaniques  mais   d’orientaFon  différentes   Un  mouvement  de  flexion  est  appliqué   sur  le  rachis   La  vertèbre  considérée  pivote  sur  un   centre  instantané  de  rotaFon  IAR   Lien  entre  anatomie  et  foncFon  d’un  ligament  
  • 148. La  foncFon  physiologique  d’un  ligament  dépend  :   -­‐ de  sa  posiFon  par  rapport  au  centre  instantané  de  rotaFon  :  point  d’inserFon  du   ligament  et  posiFon  de  l’IAR  (peut  changer  dans  des  condiFons  pathologiques)   -­‐ du  mouvement  intervertébral  (dans  cet  exemple  les  ligaments  n’ont  aucun  effet  lors   d’une  extension)   Le  bras  de  levier  sur  A  est  supérieur  à   celui  exercé  sur  B,  les  moments  sont   proporFonnels  
  • 149. Influence  du  mouvement  sur  la  foncFon  des  ligaments  rachidiens  lombaires   Panjabi  Spine  1982   l  :  le‡   r  et  RT  :  right  
  • 150. Synthèse  sur  la  foncFon  des  ligaments  :   -­‐ PermeVent  les  mouvement  harmonieux  intervertébraux  et   donc  de  la  colonne  vertébrale  avec  une  moindre  résistance  et   donc  une  faible  dépense  énergéFque  par  l’individu   -­‐ Limitent  les  mouvements  excessifs  non  physiologiques  et   absorbent  de  l’énergie  lors  d’un  traumaFsme  pour  protéger  le   système  nerveux  
  • 152. •  Excitabilité  :  capacité  à  répondre  à  une  sFmulaFon     •  ContracFlité  :  capacité  de  se  contracter  à  la  suite  d'une   excitaFon  convenable.  En  général  un  muscle  se  contracte  de   la  moiFé  de  sa  longueur   •  Tonicité  :  capacité  de  conserver  un  certain  état  de  contracFon.   Responsable  du  tonus  musculaire,  de  la  posture.   •  ElasFcité  :  capacité  à  s'éFrer.  Les  muscles  emmagasinent  ainsi   de  l'énergie  qu'ils  pourront  resFtuer  ultérieurement.  Les   muscles  locomoteurs  sont  les  plus  élasFques   •  FoncFons  :  mainFen  de  la  posture,  producFon  de   mouvement,  de  chaleur   Propriétés  
  • 153.
  • 154. ModélisaFon   CC : composante contractile GF : Générateur de force CV : Composante visqueuse CES : Composante élastique série CEP : Composante élastique-parallèle. Composante contractile dans les tirets CC CC est composée des sarcomères, produit la tension active du système CV = résistance au mouvement des protéines d'actine et de myosine GF = raccourcissement du sarcomère CES = une partie passive représentée par les tendons et une partie active localisée au niveau des ponts d'actine-myosine. CEP = gaines de tissu conjonctif maintenant les fibres musculaires (enveloppes fibrillaires, aponévroses, fascia), participe à la tension passive
  • 155. Facteurs  influençant  la  généraFon  de  force   la section physiologique ≈ 50 N.cm-2 le nombre de fibres musculaires la structure du muscle (typologie des fibres) l'angle de traction et le bras de levier la coordination intra et inter musculaire les facteurs psychologiques (la motivation, le stress...) Influence de la géométrie de la colonne vertébrale : la lordose lombaire prononcée « favorise » le travail du muscle ilio-lombaire (érecteur du rachis) par la création de bras de levier
  • 156. IV.  BIOMECANIQUE  DE  L’ENSEMBLE  
  • 157. Plan   I.  Aperçu  de  la  colonne  vertébrale   a)  Vues  d’ensemble   b)  Rappels  d’anatomie   c)  MensuraFons   II.  Pièces  consFtuFves   a)  Os   b)  Système  nerveux  contenu  dans  la  colonne  vertébral   c)  Disques   d)  Ligaments   e)  Muscles   III.  Biomécanique  propre   a)  DéfiniFon  du  segment  mobile  rachidien   b)  Os   c)  Disques   d)  Ligaments   e)  Muscles   IV.  Biomécanique  de  l’ensemble   a)  Un  système  par  intégrité  de  tension   b)  En  équilibre   c)  Exemples  de  contraintes  supportées  par  le  rachis  lombaire   d)  L’amorFssement   e)  ModélisaFon  
  • 158. Les  foncFons  du  rachis  :    >  supporter  le  poids  et  les  forces  d’inerFe    >  protecFon  du  système  nerveux    >  permeVre  le  mouvement    >  amorFssement  des  chocs  lors  de  la      locomoFon     ApplicaFon  au  rachis  lombaire  
  • 159. UN  SYSTEME  PAR  INTEGRITE  DE   TENSION  
  • 160. NoFon  de  tenségrité  :  faculté  d'une  structure  à  se  stabiliser  par  le  jeu   des  forces  de  tension  et  de  compression  qui  s'y  réparFssent  et  s'y   équilibrent   hVp://co-­‐creaFon.net/architecture/livre-­‐1-­‐2.htm  
  • 161. Les  arFculaFons  sont  des  «  points  de  compression  »  au  milieu  «  d’un  océan  de   tension  »  assuré  par  les  ligaments  et  les  muscles  
  • 162. Maladie  de  Marfan  par  hyperlaxité   ligamentaire   Camptocormie  par  atrophie   des  muscles  érecteurs  du   rachis  
  • 163. La contre-pression intra-abdominale participe au maintien du rachis et diminue la tension des muscles érecteurs de la colonne vertébrale
  • 165. Les  paramètres  pelviens   Pente sacrée Version pelvienne Incidence pelvienne
  • 166. 2/3 de la lordose lombaire se situent sur le segment L4-S1
  • 167. Diagramme  de  Mme  DUVAL-­‐BEAUPERE   CorrélaFon  staFsFque  entre  les  paramètres  pelviens  et  les  courbures  rachidiennes  
  • 168. Type  1  et  2  :  faible  incidence   pelvienne   1>  apex  bas  en  L5   2>  apex  plus  haut  en  L3   Type  3  :  IP  env  45°   Type  4  :  hyperlordose   Les  types  de  dos  selon  ROUSSOULY  :  1,  3,  4  >  les  contraintes  en  compression  sont   plus  fortes  sur  les  faceVes  arFculaires  dans  la  région  lombaire  et  ne  sont  pas   seulement  liées  à  l’accumulaFon  du  poids  sus-­‐jacent  en  comparaison  aux  vertèbres   cervicales  
  • 169. Mécanismes  de  compensaFon  de  la  perte  de  lordose  lombaire  
  • 170. Disques  zygapophyses  et   ligaments   Contraintes     Équilibre  sagiVal   et  frontal   La  cascade  biomécanique  
  • 171. EXEMPLE  DE  CONTRAINTES   SUPPORTEES  PAR  LE  RACHIS   LOMBAIRE  
  • 172. Ex  :  L3  est  l’apex  de  ceVe   colonne  lombaire  :  supporte   tout  le  poids  du  corps  sus-­‐ jacent   CréaFon  d’un  moment   fléchissant  du  fait  de  son   retrait  par  rapport  à  la  verFcale   du  centre  de  gravité   Contraintes  staFques  
  • 173. L’acFon  stabilisatrice  des  muscles   nécessite  un  effort  moindre  grâce  au  bras   de  levier  qui  crée  un  Moment  favorable   Ce  bras  de  levier  dépend  de  l’importance   de  la  lordose  
  • 174. Les  contraintes  appliquées   sur  L3  sont  supérieures  au   seul  poids  du  corps  sus-­‐ jacent   compression Cisaillement Contrainte résultante
  • 175. Limite physiologique en compression pure ; si > 6000 N lésion discale, si > 8000 N fracture du corps vertébral Maxi 3000 – 6000 N
  • 176. 10-20 kg 10 cm En flexion l’unité fonctionnelle connaît une déformation plastique à partir d’un Moment de 20 Nm, donc les muscles doivent agir en tant que contre-couple
  • 177. Influence  de  la  posiFon  sur  les  courbures  du  rachis   Variation associée de la pression dans les deux derniers disques lombaires : PA<PC<PB
  • 178. Moments et flexion du rachis : > dans le disque L5-S1 = 192.5 Nm > le contre-couple des muscles érecteurs du rachis pour un bras de levier de 5 cm = 3850 Nm
  • 180. Lift assist device and method
  • 182. Une même colonne avec les mêmes propriétés mécaniques, droite ou avec courbures : pour une même charge appliquée au sommet, la colonne avec courbures se déforme 150 fois plus
  • 183. La déformation de la colonne vertébrale ainsi que l’énergie dissipée en chaleur, essentiellement par les disques, permet d’amortir les chocs lors de la locomotion
  • 185.
  • 186. P. ROUCH L’analyse en éléments finis permet de créer un modèle de colonne vertébral et de calculer les contraintes reçues par chaque structure anatomique ou implant (ex : vis pédiculaire) Voire mesures in vitro… http://orthoload.com/
  • 187. Références   •  NeVer  Atlas  of  human  anatomy   •  Clinical  biomechanics  of  the  spine   •  Clinical  Anatomy  of  the  Lumbar  Spine  and  Sacrum   •  Basics  biomechanics  of  the  musculoskeletal  system   •  ROUCH  Conférence  Société  d’Imagerie  Musculo-­‐ Squele‰que  l’Homme  debout  juin  2013   •  DE  MAUROY  Biomécanique  des  déformaFons   vertébrales  2013   •  InsFtut  de  Biomécanique  Humaine  Georges  Charpak