Biomécanique lombosacrée

Définition/Description

La biomécanique est l’étude des forces et de leurs effets lorsqu’elles sont appliquées aux humains.

• La colonne lombosacrée et est une région biomécanique importante du corps.
• Positionnée sous la colonne thoracique, la colonne lombaire compte normalement 5 vertèbres
• Le sacrum est constitué d’une série de 5 vertèbres sacrées habituellement soudées.

Anatomie cliniquement pertinente

Comme toutes les vertèbres du corps, les vertèbres lombaires et sacrées sont constituées d’un « corps » en avant qui est plus grand et plus cylindrique dans la région lombaire et d’un « arc vertébral » en arrière qui enferme le foramen vertébral protégeant les tissus nerveux.

Les vertèbres au sein de la colonne lombaire sont séparées par des articulations intervertébrales qui sont des structures articulaires uniques, Les disques intervertébraux sont le composant clé de l’articulation, composé de caractéristiques distinctes. Le noyau pulpeux central est principalement constitué d’eau (70 à 90 %) et de protéoglycanes hydrostatiques (65 % du poids sec) faiblement liés par des fibres de collagène (15 à 20 % du poids sec). Le noyau est entouré par les fortes couches concentriques de collagène de la fibrose annulaire, constituées d’eau (60-70%), de collagène (50-60% du poids sec) et de protéoglycanes (20% du poids sec) qui sont pour la plupart agrégés. Le noyau et l’anneau contiennent tous deux du collagène de type II, tandis que l’anneau externe contient une concentration plus élevée de collagène de type I. Des fibres élastiques (10 %) sont également présentes dans l’anneau et sont disposées de manière circulaire, oblique et verticale, avec une concentration vers les sites d’attache avec les plateaux vertébraux. Le plateau vertébral recouvre les faces supérieure et inférieure du disque et est fortement lié par du fibrocartilage aux parties nucléaire et annulaire du disque. Il y a une plus grande concentration de collagène dans le tissu le plus proche de l’os.

La transition lombosacrée se situe normalement au niveau de L5/S1 et le disque intervertébral à ce niveau est cunéiforme. Une « vertèbre de transition » est une anomalie vertébrale où la vertèbre lombaire la plus basse est à un certain degré fusionnée ou un segment raté du sacrum pensé pour se produire dans 4-30% de la population.

Le sacrum est un os triangulaire en forme de coin avec une face antérieure concave, une face dorsale convexe et un apex. Le sacrum est incliné vers l’avant de sorte que la surface supérieure s’articule avec la vertèbre L5 au-dessus contribuant à « l’angle lombosacré ». Le disque intervertébral L4/5 et L5/S1 ainsi que le corps vertébral L5 représentent près de 60 % de la mesure angulaire de la courbure lombosacrée, soit une moyenne de 61 degrés. Sur la surface antérieure du sacrum, les bords supérieurs et inférieurs des corps vertébraux fusionnés correspondent à des crêtes transversales. Le sacrum assure la solidité et la stabilité du bassin et transmet les forces à la ceinture pelvienne par l’intermédiaire des articulations sacro-iliaques. Les vertèbres sacrées sont reliées au coccyx par voie inférieure.

Biomécanique de la colonne lombaire et du sacrum (L4-L5 L5-S1)

Les 3 mouvements de la colonne vertébrale sont la flexion, l’extension, la rotation et la flexion latérale. Ces mouvements se produisent comme une combinaison de rotation et de translation dans les 3 plans de mouvement suivants : sagittal, coronal et horizontal. Ces mouvements entraînent diverses forces agissant sur la colonne lombaire et le sacrum : force de compression, force de traction, force de cisaillement, moment de flexion et moment de torsion. Par exemple, lors de la flexion lombaire, une force de compression est appliquée à la face antérieure du disque et une force de distraction est appliquée à la face postérieure du disque. Les forces opposées se produisent lors de l’extension lombaire.

Le complexe de la colonne lombaire forme un système de support de charge efficace. Lorsqu’une charge est appliquée extérieurement à la colonne vertébrale, elle produit des contraintes sur le corps vertébral rigide et le disque relativement élastique, ce qui entraîne des déformations plus facilement dans le disque. La pression à l’intérieur du noyau pulpeux est supérieure à zéro, même au repos, ce qui fournit un mécanisme de « précharge » permettant une plus grande résistance aux forces appliquées. La pression hydrostatique augmente à l’intérieur du disque intervertébral, entraînant une pression vers l’extérieur en direction des plateaux vertébraux, ce qui provoque un bombement de l’annulus fibrosis et des forces de traction dans les fibres annulaires concentriques. Cette transmission des forces ralentit efficacement l’application de la pression sur la vertèbre adjacente, agissant comme un amortisseur de chocs. Les disques intervertébraux sont donc une caractéristique biomécanique essentielle, agissant efficacement comme un « coussin » de fibrocartilage transmettant la force entre les vertèbres adjacentes pendant le mouvement de la colonne vertébrale. Le disque lombaire est plus prédisposé aux blessures par rapport à d’autres régions de la colonne vertébrale en raison : des fibres annulaires disposées de manière plus parallèle et plus fines à l’arrière par rapport à l’avant, du noyau positionné plus à l’arrière, et des trous dans les plaques terminales cartilagineuses.

Lorsqu’une charge est appliquée le long de la colonne vertébrale, des forces de « cisaillement » se produisent parallèlement au disque intervertébral car la compression du noyau entraîne un bombement latéral de l’anneau. Les forces de cisaillement se produisent également lorsqu’une vertèbre se déplace, par exemple, vers l’avant ou l’arrière par rapport à une vertèbre adjacente en flexion et en extension. Les contraintes de torsion résultent des forces externes autour de l’axe de torsion et se produisent dans le disque intervertébral avec une activité telle que la torsion de la colonne vertébrale.
Les articulations zygapophysiques ou « facettes » assurent la stabilité de l’articulation intervertébrale par rapport aux forces de cisaillement, tout en permettant principalement les mouvements de flexion et d’extension.

Mécanisme de lésion / Processus pathologique

Les expériences indiquent que la « hernie discale intervertébrale » ou le prolapsus est susceptible d’être le résultat d’un processus graduel ou de fatigue plutôt que d’une blessure traumatique , cependant cliniquement il y a souvent un rapport d’une apparition soudaine de symptômes associés à une charge élevée fortuite de la colonne vertébrale, souvent dans une posture fléchie. Les contraintes les plus susceptibles d’entraîner une lésion de la colonne vertébrale sont la flexion et la torsion, et ces mouvements combinés reflètent des forces de cisaillement, de compression et de tension. Les mouvements de torsion sont plus susceptibles de blesser l’anneau car seule la moitié des fibres de collagène sont orientées pour résister au mouvement dans l’une ou l’autre direction

Les changements discaux dégénératifs associés au vieillissement ont été considérés comme normaux. Par exemple, les niveaux de concentration des protéoglycanes au sein du noyau diminuent avec l’âge, passant de 65% au début de l’âge adulte à 30% à l’âge de 60 ans, ce qui correspond à une réduction de l’hydratation du noyau et de la concentration des fibres annulaires élastiques au cours de cette période, entraînant un disque moins résilient. On a longtemps considéré que le disque se rétrécissait avec l’âge, mais de grandes études post-mortem indiquent que les dimensions du disque augmentent en fait entre la 2e et la 7e décennie. Le rétrécissement apparent du disque peut autrement être considéré comme le résultat d’un processus autre que le vieillissement.

On observe également des réductions des niveaux de nutrition de la plaque terminale vertébrale et de densité osseuse du corps vertébral. La réduction du soutien de l’os sous-jacent entraîne une « microfracture » et la migration de matériel nucléaire dans le corps vertébral connu sous le nom de « nœuds de Schmorl », généralement observés dans les épines thoracolombaires et thoraciques et ont une faible incidence en dessous du niveau de L2. La densité osseuse sous-chondrale de l’articulation facettaire lombaire augmente jusqu’à l’âge de 50 ans, après quoi elle diminue, et le cartilage articulaire continue de s’épaissir avec l’âge malgré des modifications focales, notamment en cas de résistance aux forces de cisaillement lors de flexions et d’extensions répétées. D’autres changements osseux se produisent également au niveau de l’articulation des facettes, notamment la formation d' »ostéophytes » et de « pare-chocs enveloppants » vraisemblablement dus à des contraintes répétées au niveau des régions des processus articulaires supérieur et inférieur respectivement.

Les processus de dégénérescence ont également été considérés comme pathologiques. En ce qui concerne les articulations facettaires, « arthrose » et « maladie articulaire dégénérative » sont des diagnostics courants. « Spondylose » et « ostéochondrose intervertébrale » sont également des termes utilisés pour décrire les changements dégénératifs aux sites des vertèbres et des foramines neurales. « La discopathie dégénérative » et sont également des diagnostics courants.

Le processus de dégénérescence de la colonne lombaire a été décrit en 3 phases :

• Stade 1 : La « dégénérescence précoce » implique une laxité accrue des facettes articulaires, une fibrillation du cartilage articulaire et les disques intervertébraux présentent des changements dégénératifs de grade 1-2.
• Stade 2 : « L’instabilité lombaire » au(x) niveau(x) affecté(s) se développe en raison de la laxité des capsules facettaires, de la dégénérescence du cartilage et de la discopathie dégénérative de grade 2-3. Instabilité segmentaire : peut être définie comme une perte de mouvement et de rigidité segmentaire telle que l’application d’une force sur ce segment de mouvement produira des déplacements plus importants que ceux qui se produiraient dans une structure normale. Les tests mécaniques suggèrent que le disque intervertébral est le plus susceptible de subir une hernie à ce stade.
• Stade 3 : La « déformation fixe » résulte de processus de réparation tels que les ostéophytes facettaires et péridiscaux stabilisant efficacement le segment de mouvement. Il existe une dégénérescence avancée des facettes (ou « syndrome des facettes ») et une dégénérescence discale de grade 3-4. L’importance clinique est l’altération des dimensions du canal rachidien en raison de la déformation fixe et de la formation d’ostéophytes.

Important, l’incidence de la spondylose et de l’arthrose sont les mêmes chez les patients avec et sans symptômes, ce qui soulève la question de savoir si ces conditions doivent toujours être considérées comme des diagnostics pathologiques. Cela a des implications cliniques, en particulier en ce qui concerne l’interprétation des résultats des examens radiologiques, et la façon dont les résultats sont présentés aux patients et discutés avec eux.

Mesures de résultats

Les mesures de résultats concernant la douleur et le handicap comprennent :

• Index d’invalidité d’Oswestry
• Questionnaire d’invalidité de Roland-Morris
• Questionnaire de McGill sur la douleur de forme courte
• Mesure d’indépendance de la moelle épinière
• Échelle numérique d’évaluation de la douleur
• Échelle visuelle analogique

Pour une évaluation plus poussée des facteurs psychosociaux associés aux affections lombosacrées, les mesures de résultats suivantes peuvent être utiles :

• Questionnaire de dépistage de la douleur musculo-squelettique d’Orebro
• Échelle de dépression, d’anxiété et de stress
• Questionnaire sur les croyances d’évitement de la peur
• Échelle de Tampa sur la kinésiophobie
• Questionnaire d’acceptation de la douleur chronique
• Échelle de catastrophisation de la douleur

Voir également , Base de données des mesures des résultats

Examen

Référer à l’examen lombaire.

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