La biomécanique du tronc humain

Chaque structure du tronc humain possède sa fonction et ses propres caractéristiques anatomiques. Ce sont toutes ces structures mises en relation qui font que le tronc agit comme un seul ensemble. Ainsi, la colonne vertébrale peut accomplir différents mouvements dans les trois plans de l'espace. Ces mouvements sont étudiés en appliquant les principes de la biomécanique. Le domaine de la biomécanique utilise les principes mécaniques appliqués pour la résolution de problèmes reliés aux structures et aux fonctions des organismes vivants. Ainsi, la biomécanique appliquée au tronc humain implique principalement l'étude du fonctionnement de la colonne vertébrale et sa liaison avec les extrémités supérieures et inférieures du corps par la ceinture scapulaire et le bassin. Les mouvements pouvant être accomplis par le tronc sont guidés par les caractéristiques anatomiques des structures osseuses (les vertèbres, la cage thoracique et le bassin) reliées ensemble et supportées par des tissus mous (les disques intervertébraux, les ligaments et les muscles). La combinaison des différentes interactions entre les composantes permet au tronc de bouger en flexion antérieure et en extension dans le plan sagittal, en flexion latérale dans la plan coronal (autour de l’axe antéro-postérieur) et en rotation dans le plan transverse (Hall, 1995).

L'amplitude des mouvements pouvant être réalisés est limitée par les facettes articulaires, les disques intervertébraux et la tension créée par la présence des ligaments. Les facettes articulaires supérieures et inférieures des vertèbres s'articulent avec celles des vertèbres positionnées au- dessus et au-dessous. Leur contact permet de guider et de limiter les mouvements de flexion latérale, d'extension et de rotation. Le disque intervertébral quant à lui permet l'interdépendance entre chaque vertèbre. L'anneau fibreux agit mécaniquement comme un ressort en tension pour retenir les vertèbres ensemble et le noyau agit comme un roulement à bille composé de gel incompressible sur lequel les vertèbres glissent lors des déplacements (Hall 1995; Versier 2012). Un nombre important de ligaments permet de supporter et de stabiliser la colonne vertébrale lors de l'exécution des mouvements. Un ligament est en fait une bande solide et élastique composée de fibres de collagène qui relient un os à un autre os. Ces ligaments, en s'étirant et en se rétractant, agissent comme un système de câblage complexe pour soutenir la colonne vertébrale. Les ligaments communs antérieur et postérieur relient les corps vertébraux des vertèbres cervicales, thoraciques et lombaires et limitent, par leur mise en tension, les mouvements de flexion et d'extension. Les vertèbres adjacentes sont aussi reliées ensemble par d'autres ligaments comme les ligaments surépineux (qui relient les processus épineux des vertèbres) et les ligaments interépineux (qui relient les processus transverses des vertèbres) qui sont sollicités lors d'un mouvement en flexion antérieure. Pour les mouvements de rotation, les ligaments sont moins sollicités puisque ce sont plutôt les facettes articulaires qui les limitent. Un autre ligament important est le ligamentum flavum qui assure le maintien de la colonne vertébrale. Ce dernier est en tension même lorsque le rachis est en position de référence anatomique et applique une compression constante sur les disques pour accroître la stabilité (Hall, 1995).

Figure 1-9: Anatomie des ligaments de la colonne vertébrale (adapté Gray, Henri, 1918)

Accompagnant les ligaments, il existe aussi plusieurs groupes musculaires qui permettent les mouvements de la tête et du tronc. On distingue principalement les muscles longs qui sont responsables des mouvements d'extension et de flexion ainsi que les muscles courts qui contribuent aux mouvements de rotation et à la stabilisation de la colonne vertébrale. Ils sont présents par pairs, chacun étant présent symétriquement de chaque côté du corps. Les muscles qui permettent les mouvements du tronc et des membres sont appelés muscles squelettiques et sont composés de tissus excitables qui permettent la contraction musculaire. En se contractant, les fibres musculaires se raccourcissent et viennent tirer sur les structures pour initier le mouvement. Pour les mouvements de flexion latérale et de rotation, les muscles agissent de façon unilatérale tandis que pour les mouvements de flexion antérieure et d'extension, ils agissent de façon bilatérale. C'est la collaboration entre les différents groupes musculaires qui permet au corps de réaliser des mouvements fluides et précis (Hall, 1995).

Figure 1-10: Muscles du tronc humain a) muscles postérieurs (superficiels à gauche et profonds à droite) b) muscles latéraux et antérieurs (adapté de Gray, Henri, 1918)

Différentes forces viennent agir sur le rachis en fonction de la position du corps et du mouvement accompli. Ces forces incluent le poids du corps, la tension ligamentaire, la tension musculaire, la pression intra abdominale et les charges externes appliquées comme par exemple une charge placée dans les mains ou sur les épaules. Lorsque le corps est placé debout, en position physiologique, le centre de gravité est positionné dans le plan sagittal et toutes ces forces contribuent à maintenir une compression axiale sur les structures osseuses et tissulaires pour maintenir l'équilibre postural. Lors de la réalisation de mouvements, le centre de gravité est déplacé ce qui implique l'application de moments sur les vertèbres et les disques intervertébraux et une activation musculaire plus importante. Par exemple, lors du passage de la position assise à debout, le centre de gravité est déplacé vers l'avant, ce qui pousse le corps en flexion antérieure. Pour maintenir cette position ou pour se lever debout, un moment équivalent créé par l'activation des muscles postérieurs doit venir contrebalancer le poids du corps. C'est par ce principe de combinaison et d'équilibre des forces (ligamentaires, musculaires et du poids du corps) que certaines positions impliquent que plus de forces sont appliquées sur les structures (Hall, 1995; Versier, 2012).

1.2 La scoliose idiopathique de l'adolescent