Anatomie de la colonne vertébrale : Biomécanique de la colonne vertébrale

La colonne vertébrale est aussi appelée épine dorsale ou rachis, elle est constituée de 32 vertèbres divisées par des disques fibro-cartilagineux.

Elle est composée par cinq zones : cervicale, thoracique, lombaire, sacrée et coccygienne. Les vertèbres cervicales sont composées par de petits corps, les lombaires et les sacrées sont beaucoup plus grandes, car le poids du corps devient plus lourd dans les vertèbres inférieures.

Au niveau sagittal, l’épine dorsale a 4 courbures : 2 cyphoses et 2 lordoses.Anatomie de la colonne vertébrale

La lordose se trouve au niveau cervical et au niveau lombaire et c’est une courbure avec la concavité vers l’arrière.
La lordose cervicale est moins accentuée par rapport à celle lombaire.
La cyphose est le contraire de la lordose, elle se trouve dans la colonne thoracique et sacrée qui comprend aussi le coccyx : la cyphose est plus accentuée que la colonne thoracique. Le rachis a une forme similaire à deux « s » en colonne :

Vertèbre vue de dessus

Si une courbure sur le plan frontal est accentuée, c’est une scoliose, c’est-à-dire une déviation permanente latérale et rotatoire de la colonne vertébrale. Une scoliose peut toucher tous les tractus de l’épine dorsale : cervical, dorsal ou lombaire et peut provoquer un mal de dos ou des douleurs au cou.

Une charge non homogène comportera une pression plus grande sur la partie où la vertèbre est inclinée latéralement. La conséquence est une plus grande usure du cartilage articulaire qui est typique de l’arthrose.
Les vertèbres du rachis s’étendent de haut en bas car celles inférieures doivent soutenir un poids majeur, à l’inverse les coccygiennes ne doivent pas soutenir de charges car elle sont petites.

Les vertèbres sont composées à l’avant par un corps et à l’arrière par l’arc vertébral.

Il y a sept processus qui partent de l’arc :

  • deux supérieurs et deux inférieurs qui composent l’articulation entre les vertèbres ;
  • deux transverses et un épineux qui constituent l’origine ou l’insertion des muscles dorsaux.

De nombreux muscles et ligaments maintiennent fermement la colonne.

Pour maintenir unis les corps, il y a le ligament longitudinal antérieur et celui postérieur, à l’inverse pour l’arc vertébral et les processus postérieurs il y a le ligament jaune, l’inter-épineux, le supra-épineux, l’inter-transversaire et les ligaments inter-apophysaires.

 

Vertèbre vue de dessus et latéralement.

Biomécanique de la colonne vertébrale

La colonne vertébrale a trois fonctions principales.
La première est de protéger la moelle épinière située à l’intérieur du foramen vertébral et entourée par des ligaments très résistants.
La deuxième fonction est de soutenir la plupart du poids du corps et maintenir la position debout.
La troisième fonction est d’atténuer des traumatismes et des microtraumatismes internes ou externes que la colonne vertébrale diffuse dans l’articulation sacro-iliaque ou propage dans les membres supérieurs, dans la tête et dans le buste. Ceci sert à défendre les structures viscérales qu’elle protège.

Le rachis a 4 courbures physiologiques sur le plan sagittal :

  • Lordose cervicale et lombaire (convexité vers l’avant) ;
  • Cyphose (convexité vers l’arrière) dorsale et sacro-coccygienne.

Une colonne avec des courbures peut soutenir une plus grande pression, plus précisément, on

 

multiplie le poids qu’un rachis mis en position droite pourrait soutenir par le carré du nombre des courbures plus une unité. Dans le cas du rachis on a : 3*3+1=10, donc il peut résister à un poids dix fois supérieur par rapport à une colonne vertébrale droite.
L’os est composé par une partie corticale (compacte) et par une partie trabéculaire, qui est présente surtout dans des os comme le talon et les vertèbres, lesquelles sont composées par des lamelles verticales et horizontales. Sur la base de l’orientation de cette armature on a une résistance plus grande dans certaines directions par rapport aux autres selon des lignes de force, par exemple les trabécules disposées verticalement soutiennent le poids du corps en position debout.
Dans les vertèbres, cette orientation comporte une solidité moins grande dans la partie antérieure, avec un risque de fractures beaucoup plus élevé par rapport aux autres. Fonctionnellement, on considère la colonne vertébrale comme un trépied avec une surface d’appui avant au niveau du corps et deux surfaces d’appui arrière au niveau des processus inférieurs.
Le corps vertébral, dans la partie antérieure du rachis, soutient presque complètement le poids du corps, à l’inverse, les processus postérieurs régulent les mouvements.

 

Mobilité des articulations

Les articulations vertébrales peuvent se diviser en 2 types :

  • parmi les corps il y a des symphyses qui ont une mobilité limitée dans chaque direction ;
  • parmi les processus inférieurs et supérieurs des vertèbres adjacentes, il y a les arthrodies qui sont responsables de la mobilité de la colonne.

Les mouvements possibles sont la flexion-extension, l’inclination latérale et la rotation. L’amplitude articulaire maximale du tronc est :

  • 75/80° en flexion ;
  • 25/30° en extension ;
  • 30/35° en inclination latérale ;
  • 40/45° en rotation.

Au niveau cervical la mobilité est plus grande par rapport aux autres tractus, en effet ici les mouvements peuvent arriver à :

  • 50° en flexion ;
  • 45° en extension ;
  • 45° en inclination latérale ;
  • 65° en rotation.

La flexion-extension est un mouvement qui se fait sur le plan sagittal et sur l’axe transverse. Pendant l’extension l’espace du foramen intervertébral se réduit, et vice-versa dans la flexion.
Ce mouvement est effectué presque entièrement par la partie cervicale et lombaire, par contre le tractus thoracique est dans l’impossibilité de le faire surtout à cause des articulations avec les côtes et dans une moindre mesure à cause d’une épaisseur réduite du disque par rapport aux corps vertébraux.
Sur le tractus lombaire l’amplitude articulaire lombaire est de 60° en flexion et 45° en extension.

Inclination latérale
Le mouvement se produit sur le plan frontal et sur l’axe sagittal du corps, il est limité en cas de scoliose.

Rotation
La rotation se fait sur le plan transverse et sur l’axe longitudinal.

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