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Étude cinématique tridimensionnelle du rachis cervical

Luc Boussion
 
mercredi 6 mai 2015 par Luc Boussion

Étude cinématique tridimensionnelle du rachis cervical.
Comparaison entre sujets Asymptomatiques et pathologiques

Luc Boussion


Thèse de l’université Claude Bernard- Lyon 1, soutenue le 25 novembre 2008, directrice de thèse Mlle Laurence Chèze


Résumé

Étude cinématique tridimensionnelle du rachis cervical. Comparaison entre sujets Asymptomatiques et pathologiques.

Les cervicalgies constituent un enjeu médico-économique pour nos sociétés. Ceci justifie des recherches actives sur le rachis cervical afin de mieux appréhender les fondements des cervicalgies et fournir aux cliniciens des pistes permettant d’en prévenir les effets ou d’améliorer les traitements. Cette étude, qui inclut 66 sujets Asymptomatiques et pathologiques (arthrodèses, prothèses, whiplash), présente un protocole expérimental original et non invasif pour mesurer in vivo la cinématique tridimensionnelle de la tête par rapport au thorax. Elle quantifie les amplitudes angulaires des degrés de liberté principaux et couplés pour les mouvements de flexion-extension, d’inclinaison latérale, de rotation axiale et des mouvements complexes ainsi que les mouvements compensatoires des épaules. L’objectif final de ce travail est la comparaison entre les différentes populations.

Mots Clés : Rachis cervical, Cinématique tridimensionnelle, Amplitude articulaire, Repère thorax, Mouvements couplés, Sujets Asymptomatiques, Arthrodèse cervicale, Prothèse discale cervicale, Whiplash.

Abstract

Three-dimensional kinematic study of the cervical spine. Comparison between asymptomatics and pathological subjects.

The neck pains constitute a medico-economic stake for our societies. This justifies active research on the cervical spine in order to better understand the bases of the neck pains and to provide to the clinicians tracks making it possible to prevent the effects or to improve the treatments of them. This study, which includes 6 healthy and pathological subjects (arthrodesis, prosthesis, whiplash), presents an original and non invasive experimental protocol to measure in vivo the three-dimensional kinematics of the head with respect to the thorax. It quantifies the angular amplitudes of the degrees of freedom for principal and coupled movements of flexion-extension, lateral bending, axial rotation and complex movements as well as the compensatory movements of the shoulders. The final objective of this work is the comparison between the various populations.

Keywords : Cervical Spine, Three-dimensional Kinematics, Range of motion, Thorax Reference system, Coupled Movements, Healthy Subjects, Cervical Arthrodesis, Cervical Disc Prosthesis, Whiplash.


INTRODUCTION

L’importance du rachis cervical n’est plus à démontrer. Ses fonctions sont multiples. Il assure la stabilisation de la tête et son pilotage directionnel dans les différentes activités, à la fois au service des organes des sens et de l’expression corporelle (notamment, pour exprimer les mimiques d’ordre relationnel ou émotionnel). Il joue un rôle protecteur des structures nobles tels que la moelle épinière, les gros troncs nerveux ou encore les artères carotides et vertébrales.
Ces fonctions essentielles tiennent à sa structure osseuse et aux tissus mous comme les muscles, fascias et ligaments. L’ensemble constitue une région à la fois riche et fragile.

La réalité fonctionnelle du rachis cervical lui impose une mécanique extrêmement complexe et suscite donc l’intérêt conjoint des mécaniciens et des cliniciens.
En effet, les cohortes algiques des pathologies associées à cette zone du rachis cervical et leurs conséquences sont un sujet de préoccupation constant des cliniciens et interrogent naturellement les chercheurs de ce domaine cervicalgique.
Même si les études épidémiologiques disponibles montrent des variations importantes des définitions des cervicalgies et des différences d’approches méthodologiques qui rendent les comparaisons un peu hasardeuses (Buchbinder et al., 1996 ; Rat et al., 2004 ; Côté et al., 2008), il demeure que la prévalence (1) des cervicalgies aigües et subaigües est élevée indépendamment du type de prévalence. C’est ainsi que la prévalence instantanée varie entre 14 et 43% (Mäkelä et al., 1991 ; Picavet et al., 2003), la prévalence sur une période de un an est estimée entre 21 à 54% (Bovim et al., 1994 ; Linton et al., 2000 ; Picavet et al., 2003 ; Hogg-Johnson et al., 2008) et la prévalence sur la durée de vie a été estimée à environ 70% dans les pays occidentaux (Mäkelä et al.,1991 ; Côté et al., 1998 ; Côté et al., 2000). La prévalence dans les cervicalgies chroniques est située, elle, entre 11 et 19% (Andersson et al., 1993 ; Mäkelä et al., 1991 ; Guez et al., 2002 ; Picavet et al., 2003 ; Bovim et al., 1994 ; Cassou et al., 2002) et l’on estime que 5 à 11% des patients ont une atteinte invalidante ou sévère (Urwin et al., 1998 ; Natvig et al., 2002 ; Picavet et al., 2003). L’incidence (2) a été estimée à 18 % par Croft (Croft et al., 2001) et à 7,3% chez les hommes et 12,5% chez les femmes sur une cohorte étudiée en milieu professionnel en France par Cassou (Cassou et al., 2002).

Les facteurs de risques principaux des cervicalgies sont liés aux activités de certains métiers qui imposent des postures spécifiques et généralement tensionnelles, aux facteurs psychosociaux (symptômes dépressifs, états émotionnels, travail précaire) (Côté et al., 2008) ; au fait d’être une femme (les femmes sont en effet touchées de façon prédominante par rapport aux hommes sans que l’on identifie parfaitement les causes) (Fouquet et al., 2004 ; Chiu et al., 2007 ; Hogg-Johnson et al., 2008 ; Côté et al., 2008) et aux antécédents traumatiques (Cassou et al., 2002).
Au-delà des aspects anatomo-pathologiques des cervicalgies, leur impact économique est non négligeable. Même s’il a fait l’objet de peu d’études, certaines comme celle de la « Québec Task Force » (Spitzer et al., 1995) a montré que leur coût de prise en charge correspondait à 3800 $ par patient. Une autre étude, réalisée au Pays-Bas en 996 sur des cas prévalents (Borghouts et al., 1999), a montré que les coûts totaux sur une année étaient de 686 $ millions dont 77% de coûts indirects. Les cervicalgies constituent donc un enjeu de santé publique important, tant du point de vue clinique que du point de vue économique.

C’est probablement pourquoi la Haute Autorité en Santé (HAS) recommande l’engagement de recherches sur le sujet. En particulier pour ce qui est de la prise en charge précoce, dans le but de limiter les chronicités. A cette fin, la haute autorité a édicté des recommandations de bonnes pratiques (ANAES 2003). Il est donc clairement évident, compte tenu des enjeux médico-économiques, qu’une recherche active s’impose pour mieux appréhender les fondements des pathologies cervicales et fournir ainsi aux cliniciens les moyens d’en réduire ou d’en prévenir les effets.

Si les enjeux sont facilement identifiables, les modalités de recherche le sont moins.
Si, par exemple, l’évaluation des mobilités active et passive du rachis cervical constitue une démarche maîtrisée du bilan et du diagnostic des cervicalgies, en revanche le déficit de mobilité est, lui, plus difficilement appréciable tant il recouvre de conditions.
Par ailleurs, si beaucoup d’études sur la quantification des valeurs angulaires des mouvements principaux ont été publiées, la grande diversité des outils, des protocoles expérimentaux utilisés et des méthodes de calcul rend les résultats de ces études difficilement exploitables. De plus, il existe peu de travaux sur les mouvements couplés aux mouvements principaux du rachis cervical.
C’est ce type de constat qui nous a conduits à proposer une analyse cinématique tridimensionnelle (3D) à partir d’un système optoélectronique de type Motion Analysis, afin d’étudier la mobilité active du rachis cervical chez des sujets Asymptomatiques versus des sujets pathologiques.

C’est ainsi que nous présenterons d’abord le protocole original que nous avons mis en place. Ce protocole inclut la proposition d’un repère thorax « rigide », l’occultation des mouvements oculaires, la matérialisation des trajectoires des mouvements et la prise en compte des mouvements compensatoires des épaules.
C’est dans ce cadre technico-méthodologique que nous avons étudié une population Asymptomatiquee. L’objectif fondamental consistait à quantifier les paramètres angulaires des mouvements principaux et des mouvements couplés afin de nous assurer de la pertinence des connaissances actuelles sur le sujet, et d’obtenir des données de base fiables pour réaliser l’étude comparative avec des populations pathologiques (patients arthrodésés, patients prothésés et patients présentant des séquelles d’un « whiplash », ou « coup de fouet cervical »).

La question était de savoir comment et suivant quelles proportions se déclinent les mouvements couplés aux mouvements principaux dans les différents plans (Sagittal : Flexion-Extension ; Frontal : Inclinaisons Latérales ; Horizontal : Rotations axiales) dans la population Asymptomatique et ensuite d’établir les comparaisons avec les populations « lésées » et d’en discuter les éventuelles implications.
L’objectif de ce travail était donc double. Il s’agissait d’abord de contribuer à l’élaboration d’un protocole d’étude dans un domaine méthodologiquement peu stable au niveau des recueils de données. Il convenait ensuite de tenter d’apporter « quelques » éclairages scientifiques susceptibles de favoriser, d’un point de vue fonctionnel, des approches cliniques renouvelées des pathologies « cervicalgiques ».

En résumé, au-delà d’un travail classique d’analyse de la littérature et des questions qui en découlent, notre ambition s’inscrit dans une tentative d’apport méthodologique par l’élaboration d’un protocole de recueil de données inédit, tentative elle même au service d’une lecture et d’une pratique clinique renouvelées.
Cette tentative trouve-t-elle ici un commencement de réussite ? C’est évidemment aux lecteurs spécialistes de le dire. Pour l’auteur, à elle seule, la complexité du problème a suffi à lui faire envisager autrement son approche clinique et les investigations auxquelles il semble désormais utile de se livrer pour une meilleure approche scientifique du « domaine cervicalgique ».
Les principaux éléments de conclusion de ce travail viendront souligner ces perceptions et perspectives nouvelles.

Notes
1. Prévalence : c’est le rapport du nombre de cas d’une maladie observée à un instant donné sur la population totale.
2. Incidence : nombre de nouveaux cas observés durant une période donnée rapportés à la population totale de référence.


Table des Matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE - ASPECTS ANATOMO-FONCTIONNELS ET BIOMECANIQUES
ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE
CHAPITRE 1 - ASPECTS ANATOMO FONCTIONNELS ET BIOMECANIQUES DU RACHIS CERVICAL

 1. ANATOMIE
 1.1. LES PLANS ANATOMIQUES DE REFERENCE
 1.2. L’ANATOMIE DU STERNUM
 1.3. L’ANATOMIE DU RACHIS CERVICAL
 1.4. LA MUSCULATURE CERVICALE
 1.5. LES LIGAMENTS DU RACHIS CERVICAL
 2. BIOMECANIQUE FONCTIONNELLE DU RACHIS CERVICAL ..
 2.1. LA MECANIQUE OSTEO-ARTICULAIRE DE LA CHARNIERE CRANIO-RACHIDIENNE
 2.2. LES SURFACES ARTICULAIRES ATLOÏDIENNES
 2.3. LA COMPLEMENTARITE RACHIS CERVICAL SUPERIEUR, RACHIS CERVICAL INFERIEUR
 2.4. MECANISMES STABILISATEUR ET EQUILIBRATEUR DE LA TETE ET DU RACHIS CERVICAL EN POSITION VERTICALE
 2.5. BIOMECANIQUE DE LA CHARNIERE CERVICO-THORACIQUE
 3. PROPRIOCEPTION MUSCULAIRE ET OCULOMOTRICITE
 3.1. PROPRIETES DE LA PROPRIOCEPTION
 3.2. LES ORGANES A LA BASE DE LA CAPTURE DES INFORMATIONS PROPRIOCEPTIVES
 3.3. LE ROLE DE L’OCULOMOTRICITE DANS LES MOUVEMENTS DE LA TETE
CHAPITRE 2 - L’ETAT DE LA QUESTION
 1. LES CERVICALGIES
 2. LES ARTHRODESES DU RACHIS CERVICAL
 3. LES PROTHESES DISCALES CERVICALES : UN ETAT DE LA QUESTION
 4. LE WHIPLASH
 5. ETUDE DE LA MOBILITE CHEZ LES SUJETS ASYMPTOMATIQUES
 6. ETUDE DE LA MOBILITE SUR LES POPULATIONS PATHOLOGIQUES
OBJECTIFS ET HYPOTHESES DE TRAVAIL
DEUXIEME PARTIE - MATERIEL ET METHODES
CHAPITRE 1 - POPULATION, MATERIEL
 1. POPULATION
 2. MATERIEL
CHAPITRE 2 - METHODES
 1. METHODES D’EXPERIMENTATIONS
 2. METHODE DE QUANTIFICATION DES ROTATIONS DANS LES 3 DIMENSIONS DE L’ESPACE
 3. METHODE DE DEFINITION DES REPERES SEGMENTAIRES (« SEGMENT COORDINATE SYTEM »)
 4. METHODE DE DEFINITION DES AXES DE MOUVEMENT (« JOINT COORDINATE SYSTEM »)
 5. METHODE STATISTIQUE EMPLOYEE POUR LES COMPARAISONS DES POPULATIONS
TROISIEME PARTIE - RESULTATS - DISCUSSION
CHAPITRE 1 - RESULTATS.
 1. CARACTERISTIQUES DES POPULATIONS
 2. EFFET DU GENRE
 3. EFFET DE L’AGE DANS LA POPULATION ASYMPTOMATIQUE
 4. SYMETRIE DES MOUVEMENTS DANS LA POPULATION ASYMPTOMATIQUE
 5. EFFET DU GROUPE
 6. SYMETRIE DES MOUVEMENTS DANS LA POPULATION PATHOLOGIQUE
 7. VARIATION DE L’ANGLE TRAGUS
CHAPITRE 2 - DISCUSSION
CONCLUSION ET PERSPECTIVES

TABLE DES FIGURES
TABLE DES TABLEAUX
LISTE DES ABREVIATIONS
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
 ANNEXE 1 - LA MUSCULATURE CERVICALE
 ANNEXE 2 - AMPLITUDES ARTICULAIRES DES MOUVEMENTS PRINCIPAUX DU RACHIS CERVICAL
 ANNEXE 3- METHODE STATISTIQUE
 ANNEXE 4 - EXEMPLES DE COURBES SUR DIFFERENTS CYCLES DE MOUVEMENTS


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