Caractéristiques anatomo-biomécaniques de la colonne vertébrale

La colonne vertébrale doit être considérée du point de vue anatomique (biomécanique) et fonctionnel.

Anatomiquement, la colonne vertébrale est composée de 32, parfois 33 vertèbres, reliées entre elles par des disques intervertébraux (art. intersomatica), qui forment une synchondrose, et des articulations (art. intervertebrales). La stabilité de la colonne vertébrale est assurée par un puissant appareil ligamentaire reliant les corps vertébraux (lig. longitudinale anterius et posterius), la capsule des articulations intervertébrales, les ligaments reliant les arcs vertébraux (lig. flava) et les ligaments reliant les apophyses épineuses (lig. supraspinosum et intraspinosum).

D'un point de vue biomécanique, la colonne vertébrale est comparable à une chaîne cinématique composée de maillons individuels. Chaque vertèbre s'articule avec la vertèbre voisine en trois points:

Au niveau des deux articulations intervertébrales à l'arrière et par les corps (à travers le disque intervertébral) à l'avant.

Les connexions entre les processus articulaires constituent de véritables articulations.

Situées l'une au-dessus de l'autre, les vertèbres forment deux colonnes: la colonne antérieure, construite à partir des corps des vertèbres, et la colonne postérieure, formée à partir des arches et des articulations intervertébrales.

La mobilité de la colonne vertébrale, son élasticité et sa résilience, sa capacité à supporter des charges importantes sont dans une certaine mesure assurées par les disques intervertébraux, qui sont en étroite connexion anatomique et fonctionnelle avec toutes les structures de la colonne vertébrale qui forment la colonne vertébrale.

Le disque intervertébral joue un rôle essentiel en biomécanique, étant l'« âme du mouvement » de la colonne vertébrale (Franceschilli, 1947). Formation anatomique complexe, le disque remplit les fonctions suivantes:

• fusion des vertèbres,
• assurer la mobilité de la colonne vertébrale,
• protection des corps vertébraux contre les traumatismes constants (rôle d'amortisseur).

ATTENTION! Tout processus pathologique affaiblissant la fonction du disque perturbe la biomécanique de la colonne vertébrale. Les capacités fonctionnelles de la colonne vertébrale sont également altérées.

Le complexe anatomique constitué d'un disque intervertébral, de deux vertèbres adjacentes avec les articulations correspondantes et l'appareil ligamentaire à ce niveau est appelé segment de mouvement vertébral (VMS).

Le disque intervertébral est constitué de deux plaques hyalines qui s'ajustent étroitement contre les plaques terminales des corps des vertèbres adjacentes, le noyau pulpeux et l'anneau fibreux (annulus fibrosus).

Le noyau pulpeux, vestige de la notochorde dorsale, contient:

• substance interstitielle chondrine;
• un petit nombre de cellules cartilagineuses et de fibres de collagène entrelacées qui forment une sorte de capsule et lui confèrent de l'élasticité.

ATTENTION! Au milieu du noyau pulpeux se trouve une cavité dont le volume est normalement de 1 à 1,5 cm ³.

L'anneau fibreux du disque intervertébral est constitué de faisceaux de tissu conjonctif denses entrelacés dans différentes directions.

Les faisceaux centraux de l'anneau fibreux sont lâches et pénètrent progressivement dans la capsule du noyau, tandis que les faisceaux périphériques sont étroitement adjacents et intégrés au bord marginal osseux. Le demi-cercle postérieur de l'anneau est plus fragile que l'antérieur, notamment au niveau du rachis lombaire et cervical. Les sections latérale et antérieure du disque intervertébral dépassent légèrement du tissu osseux, le disque étant légèrement plus large que les corps des vertèbres adjacentes.

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Ligaments spinaux

Le ligament longitudinal antérieur, qui est le périoste, est fermement fusionné avec les corps des vertèbres et passe librement sur le disque.

Le ligament longitudinal postérieur, qui participe à la formation de la paroi antérieure du canal rachidien, est, au contraire, librement déployé sur la surface des corps vertébraux et fusionné avec le disque. Ce ligament est bien représenté au niveau du rachis cervical et thoracique; dans la région lombaire, il se réduit à une bande étroite, le long de laquelle on observe souvent des brèches. Contrairement au ligament longitudinal antérieur, il est très peu développé dans la région lombaire, où les prolapsus discaux sont le plus souvent observés.

Les ligaments jaunes (23 ligaments au total) sont situés segmentairement, de la vertèbre C à la vertèbre S. Ces ligaments semblent faire saillie dans le canal rachidien, réduisant ainsi son diamètre. Étant principalement développés dans la région lombaire, leur hypertrophie pathologique peut entraîner une compression de la queue du cheval.

Le rôle mécanique de ces ligaments est différent et est particulièrement important du point de vue de la statique et de la cinématique de la colonne vertébrale:

• ils maintiennent la lordose cervicale et lombaire, renforçant ainsi l'action des muscles paravertébraux;
• déterminer la direction du mouvement des corps vertébraux, dont l'amplitude est contrôlée par les disques intervertébraux;
• protéger la moelle épinière directement en fermant l'espace entre les plaques et indirectement par leur structure élastique, grâce à laquelle, lors de l'extension du tronc, ces ligaments restent complètement tendus (à condition que s'ils se contractaient, leurs plis comprimeraient la moelle épinière);
• avec les muscles paravertébraux, ils aident à amener le tronc de la flexion ventrale à une position verticale;
• ont un effet inhibiteur sur le noyau pulpeux, qui, par la pression interdiscale, tend à éloigner deux corps vertébraux adjacents.

La connexion des arcs et des processus des vertèbres adjacentes est réalisée non seulement par le ligament jaune, mais également par les ligaments interépineux, supraépineux et intertransversaires.

Outre les disques et les ligaments longitudinaux, les vertèbres sont reliées par deux articulations intervertébrales formées par des apophyses articulaires présentant des caractéristiques dans différentes sections. Ces apophyses limitent les ouvertures intervertébrales par lesquelles sortent les racines nerveuses.

L'innervation des parties externes de l'anneau fibreux, du ligament longitudinal postérieur, du périoste, de la capsule articulaire, des vaisseaux et des membranes de la moelle épinière est assurée par le nerf sinuvertébral (n. sinuvertebralis), composé de fibres sympathiques et somatiques. Chez l'adulte, la nutrition du disque se fait par diffusion à travers les plaques hyalines.

Les caractéristiques anatomiques énumérées, ainsi que les données de l'anatomie comparée, nous ont permis de considérer le disque intervertébral comme une semi-articulation (Schmorl, 1932), tandis que le noyau pulpeux, contenant le liquide synovial (Vinogradova TP, 1951), est comparé à la cavité articulaire; les plaques terminales des vertèbres, recouvertes de cartilage hyalin, sont assimilées aux extrémités articulaires, et l'anneau fibreux est considéré comme la capsule articulaire et l'appareil ligamentaire.

Le disque intervertébral est un système hydrostatique typique. Les liquides étant pratiquement incompressibles, toute pression exercée sur le noyau est répartie uniformément dans toutes les directions. L'anneau fibreux, grâce à la tension de ses fibres, maintient le noyau et absorbe la majeure partie de l'énergie. Grâce à ses propriétés élastiques, les chocs et les commotions transmis à la colonne vertébrale, à la moelle épinière et au cerveau sont considérablement atténués lors de la course, de la marche, des sauts, etc.

La turgescence du tronc varie considérablement: lorsque la charge diminue, elle augmente, et inversement. Une pression importante du tronc peut être constatée par le fait qu'après plusieurs heures en position horizontale, le redressement des disques allonge la colonne vertébrale de plus de 2 cm. On sait également que la différence de taille humaine au cours de la journée peut atteindre 4 cm.

Les corps vertébraux des différentes parties de la colonne vertébrale ont leurs propres caractéristiques anatomiques et fonctionnelles distinctives.

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Colonne cervicale

Conformément aux tâches fonctionnelles de soutien, les tailles des corps vertébraux augmentent progressivement des régions cervicales aux régions lombaires, atteignant leur plus grande taille dans les vertèbres S;

• Les vertèbres cervicales, contrairement à celles situées en dessous, ont des corps relativement bas, de forme ellipsoïdale;
• Les corps des vertèbres cervicales ne sont pas séparés les uns des autres par un disque sur toute leur longueur. Ces bords latéraux supérieurs allongés des corps vertébraux, appelés processus semi-lunaires ou en forme de crochet (processus uncinatus), se connectent aux angles latéraux inférieurs des corps des vertèbres sus-jacentes et forment l'articulation de Luschka, ou articulation uncovertébrale, selon la terminologie de Troland. Entre le processus uncinatus et la facette de la vertèbre supérieure se trouve un espace uncovertébral de 2 à 4 mm;
• Les surfaces articulaires uncovertébrales sont recouvertes de cartilage articulaire et l'articulation est entourée extérieurement d'une capsule. Dans cette région, les fibres verticales de l'anneau fibreux, situées sur la face latérale du disque, divergent et cheminent en faisceaux parallèles à l'ouverture; cependant, le disque ne jouxte pas directement cette articulation, car il disparaît progressivement à mesure qu'il se rapproche de la fissure uncovertébrale.
• une caractéristique anatomique des vertèbres cervicales est la présence d'ouvertures à la base des processus transverses, à travers lesquelles passe l'a. vertebralis;
• Les ouvertures intervertébrales C5 _, C6 _et C7 _présentent une forme triangulaire. Leur axe, en coupe, passe dans un plan oblique. Ainsi, les conditions sont réunies pour un rétrécissement de l'ouverture et une compression de la racine avec des excroissances uncovertébrales;
• les apophyses épineuses des vertèbres cervicales (sauf C7 ₎ sont fendues et abaissées;
• les processus articulaires sont relativement courts, ils sont dans une position inclinée entre les plans frontal et horizontal, ce qui détermine un volume important de mouvements de flexion-extension et des inclinaisons latérales quelque peu limitées;
• les mouvements de rotation sont effectués principalement par les vertèbres cervicales supérieures en raison de l'articulation cylindrique du processus odontoïde avec la surface articulaire de la vertèbre C1;
• l'apophyse épineuse de C ₇ fait saillie au maximum et est facilement palpable;
• la colonne cervicale est caractérisée par tous les types de mouvements (flexion-extension, flexion à droite et à gauche, rotation) et dans le plus grand volume;
• les première et deuxième racines cervicales émergent derrière les articulations atlanto-occipitales et atlanto-axoïdiennes, et il n'y a pas de disques intervertébraux dans ces zones;
• Dans la région cervicale, l’épaisseur des disques intervertébraux est égale à 1/4 de la hauteur de la vertèbre correspondante.

La colonne cervicale est moins puissante et plus mobile que la colonne lombaire, et est généralement soumise à moins de contraintes. Cependant, la charge sur 1 cm² ^du disque cervical n'est pas inférieure, et même supérieure, à celle sur 1 cm² ^de la colonne lombaire (Mathiash). Par conséquent, les lésions dégénératives des vertèbres cervicales sont aussi fréquentes qu'au niveau de la colonne lombaire.

R. Galli et al. (1995) ont montré que l'appareil ligamentaire assure très peu de mobilité entre les corps vertébraux: les déplacements horizontaux des vertèbres adjacentes ne dépassent jamais 3 à 5 mm, et les inclinaisons angulaires - 11°.

Une instabilité du PDS doit être attendue lorsqu'il existe une distance de plus de 3 à 5 mm entre les corps des vertèbres adjacentes et lorsque l'angle entre les corps des vertèbres augmente de plus de 11°.

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Colonne thoracique

Dans la région thoracique, où l'amplitude des mouvements de la colonne vertébrale est relativement faible, les vertèbres sont plus hautes et plus épaisses que les cervicales. De Th ₅ à Th 12, la taille transversale des vertèbres thoraciques augmente progressivement, se rapprochant de celle des vertèbres lombaires supérieures; les disques intervertébraux de la région thoracique sont plus petits que ceux des régions lombaire et cervicale; leur épaisseur représente 1/3 de la hauteur de la vertèbre correspondante; les ouvertures intervertébrales de la région thoracique sont plus étroites que celles de la région cervicale; le canal rachidien est également plus étroit que celui de la région lombaire; la présence d'un grand nombre de fibres sympathiques dans les racines thoraciques provoque non seulement une coloration végétative particulière des radiculopathies thoraciques, mais peut également entraîner le développement de douleurs viscérales et de dyskinésies; relativement massives, épaissies aux extrémités, les apophyses transverses des vertèbres thoraciques sont inclinées un peu vers l'arrière, et les apophyses épineuses sont fortement inclinées vers le bas; Le tubercule de la côte jouxte la face antérieure de l'extrémité libre épaissie de l'apophyse transverse, formant une véritable articulation costotransverse; une autre articulation se forme entre la tête de la côte et la face latérale du corps de la vertèbre au niveau du disque.

Ces articulations sont renforcées par des ligaments solides. Lors de la rotation de la colonne vertébrale, les côtes et les faces latérales des corps vertébraux, avec leurs apophyses transverses, suivent la colonne vertébrale, tournant autour de l'axe vertical comme un tout.

La colonne thoracique présente deux caractéristiques distinctives:

• courbe cyphotique normale par opposition à la courbe lordotique de la colonne cervicale et lombaire;
• articulation de chaque vertèbre avec une paire de côtes.

Stabilité et mobilité de la colonne thoracique

Les principaux éléments stabilisateurs sont: a) la charpente costale; b) les disques intervertébraux; c) les anneaux fibreux; d) les ligaments (ligaments longitudinaux antérieurs et postérieurs, ligament radial, ligament costotransversaire, ligaments intertransversaires, ligament jaune, ligaments inter- et supra-épineux).

Les côtes avec l'appareil ligamentaire assurent une stabilité suffisante et limitent en même temps la mobilité lors des mouvements (flexion - extension, flexion latérale et rotation).

ATTENTION! Lors des mouvements dans la région thoracique, la rotation est la moins restreinte.

Les disques intervertébraux, avec l'anneau fibreux, en plus d'amortir, remplissent une fonction stabilisatrice: dans cette section, les disques sont plus petits que dans les sections cervicale et lombaire, ce qui minimise la mobilité entre les corps vertébraux.

L'état de l'appareil ligamentaire détermine la stabilité de la colonne thoracique.

Un certain nombre d’auteurs (Heldsworth, Denis, Jcham, Taylor, etc.) ont étayé la théorie de la stabilité à trois points.

Le rôle clé est donné au complexe postérieur: son intégrité est une condition essentielle à la stabilité, et les lésions des structures de soutien postérieures et moyennes se manifestent par une instabilité clinique.

Un élément stabilisateur important est la capsule articulaire, et l’anatomie des articulations assure également l’intégrité des structures.

Les articulations sont orientées dans le plan frontal, ce qui limite la flexion-extension et la flexion latérale; par conséquent, les subluxations et les luxations des articulations sont extrêmement rares dans la région thoracique.

ATTENTION! La zone la plus instable est la zone Th10-L1 en raison de la stabilité relative des régions thoraciques et de la mobilité accrue des régions lombaires.

Colonne lombo-sacrée

Dans la colonne lombaire, qui supporte le poids de la section sus-jacente:

• les corps des vertèbres sont les plus larges, les processus transverses et articulaires sont massifs;
• La face antérieure des corps vertébraux lombaires est légèrement concave dans le sens sagittal; le corps de la vertèbre L est légèrement plus haut en avant qu'en arrière, ce qui détermine anatomiquement la formation de la lordose lombaire. Sous lordose, l'axe de charge se déplace vers l'arrière, ce qui facilite les mouvements de rotation autour de l'axe vertical du corps.
• Les apophyses transverses des vertèbres lombaires sont normalement situées frontalement; leurs parties ventrales sont des vestiges sous-développés des côtes lombaires correspondantes, d'où leur nom d'apophyses costales (processus costarii vertebrae lumbalis). À leur base se trouvent des apophyses accessoires plus petites (processus accessorius);
• les processus articulaires des vertèbres lombaires font saillie de manière notable et leurs surfaces articulaires sont situées à un angle par rapport au plan sagittal;
• les apophyses épineuses sont épaissies et dirigées vers l'arrière presque horizontalement; sur le bord postérolatéral de chaque apophyse articulaire supérieure à droite et à gauche se trouve un petit processus mamillaire conique (processus mamillaris);
• Les ouvertures intervertébrales de la région lombaire sont assez larges. Cependant, en cas de déformation vertébrale, de processus dégénératifs et de troubles statiques, le syndrome de douleur radiculaire apparaît le plus souvent dans cette région;
• les disques lombaires, en fonction de la plus grande charge effectuée, ont la plus grande hauteur - 1/3 de la hauteur du corps;
• la localisation la plus fréquente des protrusions et des prolapsus discaux correspond aux sections les plus surchargées: l'espace entre L4 _et Ls _et, un peu moins fréquemment, entre C et S1;
• Le noyau pulpeux est situé à la limite du tiers postérieur et moyen du disque. L'anneau fibreux de cette zone est nettement plus épais en avant, où il est soutenu par un ligament longitudinal antérieur dense, plus développé dans la région lombaire. En arrière, l'anneau fibreux est plus fin et séparé du canal rachidien par un ligament longitudinal postérieur, fin et moins développé, plus solidement relié aux disques intervertébraux qu'aux corps vertébraux. Ce ligament est relié à ces derniers par du tissu conjonctif lâche, dans lequel le plexus veineux est intégré, ce qui crée des conditions favorables à la formation de protrusions et de prolapsus dans la lumière du canal rachidien.

L’une des caractéristiques de la colonne vertébrale est la présence de quatre courbures dites physiologiques situées dans le plan sagittal:

• lordose cervicale, formée par toutes les vertèbres cervicales et thoraciques supérieures; la plus grande convexité se situe au niveau de _C5 et _C6;
• cyphose thoracique; la concavité maximale se situe au niveau de Th ₆ - Th ₇;
• lordose lombaire, formée par la dernière vertèbre thoracique et toutes les vertèbres lombaires. La plus grande courbure se situe au niveau du corps L ₄;
• cyphose sacro-coccygienne.

Les principaux types de troubles fonctionnels de la colonne vertébrale se développent soit par lissage des courbures physiologiques, soit par leur élargissement (cyphose). La colonne vertébrale étant un organe axial unique, sa division en différentes sections anatomiques est conditionnelle; il ne peut donc pas y avoir d'hyperlordose, par exemple au niveau cervical avec lissage de la lordose au niveau lombaire, et inversement.

Actuellement, les principaux types de troubles fonctionnels dans les variantes lissées et hyperlordotiques des modifications de la colonne vertébrale ont été systématisés.

1. Lorsque les courbes physiologiques de la colonne vertébrale sont lissées, des troubles fonctionnels de type flexion se développent, caractérisés par une position forcée du patient (en position de flexion) et comprenant:

• mobilité limitée dans les segments moteurs de la colonne cervicale, y compris dans la zone des articulations de la tête;
• syndrome de la tête oblique inférieure;
• lésions des muscles fléchisseurs profonds du cou et du muscle sterno-cléido-mastoïdien;
• syndrome du scalène antérieur;
• syndrome de la région scapulaire (syndrome du releveur de la scapula);
• syndrome de la paroi thoracique antérieure;
• dans certains cas - syndrome de périarthrite scapulo-humérale;
• dans certains cas - syndrome d'épicondylose latérale du coude;
• mobilité limitée de la 1ère côte, dans certains cas - des côtes I à IV, des articulations de la clavicule;
• syndrome d'aplatissement de la lordose lombaire;
• syndrome des muscles paravertébraux.

Limitation de la mobilité dans les segments moteurs de la colonne lombaire et thoracique inférieure: dans la flexion lombaire et dans la partie thoracique inférieure - extension:

• mobilité limitée de l'articulation sacro-iliaque;
• syndrome des adducteurs;
• syndrome du psoas-iliaque.

2. Avec l'augmentation des courbures physiologiques de la colonne vertébrale, des troubles fonctionnels de type extension se développent, caractérisés par une démarche droite et fière du patient et une extension limitée des lombaires et des cervicales lors des manifestations cliniques de la maladie. Ces troubles comprennent:

• mobilité limitée dans les segments moteurs de la colonne cervicale moyenne et cervicothoracique;
• cervicalgie des muscles extenseurs du cou;
• dans certains cas - syndrome d'épicondylose interne du coude;
• mobilité limitée dans les segments moteurs de la colonne thoracique.
• syndrome d'hyperlordose lombaire;
• limitation de l'extension dans les segments moteurs du rachis lombaire: L1-L2 et L2 L3 _, dans certains cas - _L3 - _L4;
• syndrome des ischio-jambiers;
• syndrome de l'abducteur de la hanche;
• syndrome du piriforme;
• syndrome de coccygodynie.

Ainsi, lorsque la symétrie des efforts actifs est perturbée, même dans des conditions physiologiques normales, la configuration de la colonne vertébrale se modifie. Grâce à ses courbures physiologiques, la colonne vertébrale peut supporter une charge axiale 18 fois supérieure à celle d'une colonne en béton de même épaisseur. Ceci est possible grâce à la répartition uniforme de la charge sur toute la colonne vertébrale.

La colonne vertébrale comprend également sa partie fixe - le sacrum et le coccyx légèrement mobile.

Le sacrum et la cinquième vertèbre lombaire constituent la base de toute la colonne vertébrale, fournissant un soutien à toutes ses sections sus-jacentes et subissant la plus grande charge.

La formation de la colonne vertébrale et le développement de ses courbes physiologiques et pathologiques sont significativement influencés par la position des vertèbres lombaires IV et V et du sacrum, c'est-à-dire la relation entre les parties sacrées et sus-jacentes de la colonne vertébrale.

Normalement, le sacrum forme un angle de 30° par rapport à l'axe vertical du corps. Une inclinaison prononcée du bassin provoque une lordose lombaire qui maintient l'équilibre.

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