André VAN CUYCK, Eric MILON PHYSIOLOGIE ET … · supportant le poids du corps, du tronc, et...
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R.E.R. Volume 13, N° 39 p. 1619 ANATOMIE Le disque intervertébral est un fibro-cartilage interposé entre deux vertèbres, en forme de len- tille bi-convexe. Il est composé de trois parties principales : 1) les plaques cartilagineuses vertébrales, adhérentes aux plateaux vertébraux adjacents, dont la partie centrale est criblée de fins orifices permettant les échanges liquidiens entre disque et os vertébral. 2) L’annulus fibrosus en périphérie, formé d’une vingtaine de lamelles concentriques intri- quées, dont la direction des fibres varie d’une lamelle à l’autre. 3) Le nucléus pulposus, masse gélatineuse occupant la moitié du volume du disque, très déformable, mais inextensible et incompressible, et très fortement hydrophile. (schéma 1) L’épaisseur des disques lombaires croît progressivement de L1-L2 à L5-S1 : elle mesure 10 mm en L1-L2, et elle est maximum en L4-L5 et L5-S1, atteignant 15 mm Le disque est flanqué en avant et en arrière, par les ligaments longitudinaux antérieur et pos- térieur. A distance, il est relié mécaniquement aux articulations inter-apophysaires postérieures, qui fonctionnent comme des diarthrodies. Sur le plan histo-chimique, le disque inter- vertébral est constitué de fibres de collagène en suspension dans un gel de protéoglycanes très hydratées. Ces protéines sont sécrétées par quelques cellules localisées à proximité des plaques cartilagineuses, dont l’activité explique certaines régénérations après chirurgie (7), ou nucléolyse(1). Le disque contient également une fraction importante de protéines non collagéniques, qui ont été incriminées dans les processus chimiques, lors de certaines sciatiques hyperalgiques. La nutrition du disque est assurée par l’inter- ANATOMIA Il disco intervertebrale è una fibro-cartilagine interposta tra due vertebre, a forma di lenticchia biconvessa. E’ composta da tre parti principali : 1/ le placche cartilaginosi vertebrali, aderenti ai piatti vertebrali adgiacenti , di cui la parte centrale è crivellata di fini bucchi che permettono gli scambi liquidei tra dischi e osso vertebrale. 2/ L’annulus fibrosus in periferia, formato di una ventina di lamelle concentriche intricate, di cui la direzione delle fibre varia da una lamella all’altra. 3/ Il nucleo pulposus, massa gelatinosa che occupa la metà del volume del disco, molto deformabile, ma inestensibile ed incompressibile, e tanto idrofilo. (schema 1). Lo spessore dei dischi lombari cresce progressivamente da L1-L2 ad L5-S1 : misura 10 mm in L1-L2, ed è al massimo in L4-L5 e L5-S1, raggiungendo 15mm. Il disco è fianccheggiato in avanti ed indietro, dai legamenti longitudinali anteriore e posteriore. A distanza, è collegato meccanicamente alle articolazioni inter apofisarie posteriori, che funzionano come dei diatrodie. Sul piano isto-chimico, il disco intervertebrale è costituito da fibre di collagene in sospensione in un gelo di proteoglicani idratatissime. Queste proteine sono secretate da alcune cellule localizzate a prossimità delle placche cartilaginose, di cui l’attività spiega alcune regenerazioni dopo chirurgia (7), o nucleolisi (1). Il disco contiene ugualmente una frazione importante di proteine non collageniche, che sono state incriminate nei processi chimici, al momento di alcune sciatiche iperalgiche. La nutrizione del disco è assicurata via le placche vertebrali, per diffusione, ma non esiste vera vascolarizzazione. L’innervazione è assicurata da fibre nervose nocicettive e proprio cettive, che provengono da nervi sinuvertebrali. ANATOMY The intervertebral disc is a fibro-cartilage inter- posed between two vertebrae, in the biconvex shape of lens. It is composed of three principal parts: 1) The vertebral cartilaginous plates adherent with the adjacent vertebral plates, of which the central part is sifted with fine openings allowing the liquid exchanges between disc and vertebral bone. 2) The annulus fibrosus in periphery, formed of about twenty of intricate concentric plates, whose direction of fibres varies from one plate to another. 3) The nucleus pulposus, mass gelatinous oc- cupying half of the volume of the disc, very de- formable, but inextensible and incompressible, and very strongly absorbent. (diagram 1) The thickness of the lumbar discs increase gradually from L1-L2 to L5-S1: it measures 10 mm in L1-L2, and it is maximum in L4-L5 and L5-S1, reaching 15 mm. The disc is flanked ahead and behind, by the anterior and posterior longitudinal ligaments. At a distance, it is connected mechanically to the inter-apophysary posterior articulations, which function like diarthrodies. On the histochemical level, the intervertebral disc consists of very hydrated collagen fibres in suspension in a gel of protéoglycanes. These proteins are secreted by some cells located near the cartilaginous plates, whose activity explains certain regenerations after surgery (7), or nucle- olysis (1). The disc also contains a significant fraction of noncollagenic proteins, which were involved in the chemical processes, with some hyperalgic sciatica. The nutrition of the disc is ensured by the inter- mediary of the vertebral plates, by diffusion, but PHYSIOLOGIE ET MECANIQUE DES DISQUES André VAN CUYCK, Eric MILON
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ANATOMIE
Le disque intervertébral est un fibro-cartilage interposé entre deux vertèbres, en forme de len-tille bi-convexe. Il est composé de trois parties principales :
1) les plaques cartilagineuses vertébrales, adhérentes aux plateaux vertébraux adjacents, dont la partie centrale est criblée de fins orifices permettant les échanges liquidiens entre disque et os vertébral.
2) L’annulus fibrosus en périphérie, formé d’une vingtaine de lamelles concentriques intri-quées, dont la direction des fibres varie d’une lamelle à l’autre.
3) Le nucléus pulposus, masse gélatineuse occupant la moitié du volume du disque, très déformable, mais inextensible et incompressible, et très fortement hydrophile. (schéma 1)
L’épaisseur des disques lombaires croît progressivement de L1-L2 à L5-S1 : elle mesure 10 mm en L1-L2, et elle est maximum en L4-L5 et L5-S1, atteignant 15 mm Le disque est flanqué en avant et en arrière, par les ligaments longitudinaux antérieur et pos-térieur.A distance, il est relié mécaniquement aux articulations inter-apophysaires postérieures, qui fonctionnent comme des diarthrodies.
Sur le plan histo-chimique, le disque inter-vertébral est constitué de fibres de collagène en suspension dans un gel de protéoglycanes très hydratées. Ces protéines sont sécrétées par quelques cellules localisées à proximité des plaques cartilagineuses, dont l’activité explique certaines régénérations après chirurgie (7), ou nucléolyse(1).
Le disque contient également une fraction importante de protéines non collagéniques, qui ont été incriminées dans les processus chimiques, lors de certaines sciatiques hyperalgiques.
La nutrition du disque est assurée par l’inter-
ANATOMIA
Il disco intervertebrale è una fibro-cartilagine interposta tra due vertebre, a forma di lenticchia biconvessa.
E’ composta da tre parti principali :
1/ le placche cartilaginosi vertebrali, aderenti ai piatti vertebrali adgiacenti , di cui la parte centrale è crivellata di fini bucchi che permettono gli scambi liquidei tra dischi e osso vertebrale.
2/ L’annulus fibrosus in periferia, formato di una ventina di lamelle concentriche intricate, di cui la direzione delle fibre varia da una lamella all’altra.
3/ Il nucleo pulposus, massa gelatinosa che occupa la metà del volume del disco, molto
deformabile, ma inestensibile ed incompressibile, e tanto idrofilo. (schema 1).
Lo spessore dei dischi lombari cresce progressivamente da L1-L2 ad L5-S1 : misura 10 mm in L1-L2, ed è al massimo in L4-L5 e L5-S1, raggiungendo 15mm.
Il disco è fianccheggiato in avanti ed indietro, dai legamenti longitudinali anteriore e posteriore.
A distanza, è collegato meccanicamente alle articolazioni inter apofisarie posteriori, che funzionano come dei diatrodie.
Sul piano isto-chimico, il disco intervertebrale è costituito da fibre di collagene in sospensione in un gelo di proteoglicani idratatissime. Queste proteine sono secretate da alcune cellule localizzate a prossimità delle placche cartilaginose, di cui l’attività spiega alcune regenerazioni dopo chirurgia (7), o nucleolisi (1).
Il disco contiene ugualmente una frazione importante di proteine non collageniche, che sono state incriminate nei processi chimici, al momento di alcune sciatiche iperalgiche.
La nutrizione del disco è assicurata via le placche vertebrali, per diffusione, ma non esiste vera vascolarizzazione.
L’innervazione è assicurata da fibre nervose nocicettive e proprio cettive, che provengono da nervi sinuvertebrali.
ANATOMY
The intervertebral disc is a fibro-cartilage inter-posed between two vertebrae, in the biconvex shape of lens. It is composed of three principal parts:
1) The vertebral cartilaginous plates adherent with the adjacent vertebral plates, of which the central part is sifted with fine openings allowing the liquid exchanges between disc and vertebral bone.
2) The annulus fibrosus in periphery, formed of about twenty of intricate concentric plates, whose direction of fibres varies from one plate to another.
3) The nucleus pulposus, mass gelatinous oc-cupying half of the volume of the disc, very de-formable, but inextensible and incompressible, and very strongly absorbent. (diagram 1)
The thickness of the lumbar discs increase gradually from L1-L2 to L5-S1: it measures 10 mm in L1-L2, and it is maximum in L4-L5 and L5-S1, reaching 15 mm. The disc is flanked ahead and behind, by the anterior and posterior longitudinal ligaments. At a distance, it is connected mechanically to the inter-apophysary posterior articulations, which function like diarthrodies.
On the histochemical level, the intervertebral disc consists of very hydrated collagen fibres in suspension in a gel of protéoglycanes. These proteins are secreted by some cells located near the cartilaginous plates, whose activity explains certain regenerations after surgery (7), or nucle-olysis (1).
The disc also contains a significant fraction of noncollagenic proteins, which were involved in the chemical processes, with some hyperalgic sciatica.
The nutrition of the disc is ensured by the inter-mediary of the vertebral plates, by diffusion, but
PHYSIOLOGIE ET MECANIQUE DES DISQUES
André VAN CUYCK, Eric MILON
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médiaire des plaques vertébrales, par diffusion,
mais il n’y a pas de vascularisation propre.
L’innervation est assurée par des fibres nerveuses nociceptives, et proprioceptives, provenant des nerfs sinuvertébraux.
BIOMECANIQUE
Le rachis lombaire doit à la fois être très stable, supportant le poids du corps, du tronc, et également très mobile. Le disque intervertébral est intégré dans une “unité fonctionnelle “ (D’ORNANO)(2), comprenant les articulations postérieures, les moyens d’union capsulo-ligamentaires, et réalisant un trépied fonctionnel.
La mobilité segmentaire des disques lombaires augmente progressivement de haut en bas, passant en moyenne de 12° en L1-L2 à 25° en L4-L5.Le disque L5-S1 est moins mobile.En position debout, le disque est le siège de force de compression, alors que les articulaires sont le siège d’un effort de cisaillement.Les mouvements de flexion et extension se font autour d’un axe de rotation situé dans le corps vertébral sous-jacent, grâce au glissement
BIOMECCANICA
Il rachide lombare deve essere allo stesso tempo molto stabile, sopportando il peso del corpo, del tronco e ugualmente molto mobile. Il disco intervertebrale è integrato in un’ »unità funzionale » (d’ORNANO) (2), che comprende le articolazioni posteriori, i mezzi di unione capsulo-legamentari e realizzando un treppiede funzionale.
La mobilità segmentare dei dischi lombari aumenta progressivamente dall’alto verso il basso, passando in media da 12° in L1-L2, ai 25° in L4-L5. Il disco L5-S1 è meno mobile.
In piedi, il disco è il seggio di forze di compressione, mentre le articolari sono il seggio di uno sforzo di cesoiata.
I movimenti di flessione ed estensione si fanno attorno ad un’asse di rotazione situato nel corpo vertebrale sotto, grazie ad un scivolamento arciforme delle facette articolari.
In flessione, il disco è cuneiforme a base posteriore, e triangolare in’estensione. Il disco è sottoposto ad importanti forze di compressione, ma anche di trazione e di cesoiata : compressione nella concavità, trazione della convessità.
Le rotazioni assiali impongono dei sforzi di
there is no clean vascularization.
The innervation is ensured by nociceptive and proprioceptive nervous fibres, coming from the sinu-vertebral nerves.
BIOMECANICS
The lumbar spine must at the same time be very stable, supporting the weight of the body, the trunk, and also very mobile. The interver-tebral disc is integrated in a “functional unit” (D’ORNANO)(2), including the posterior articulations, the capsulo-ligamentar union, and carrying out a functional tripod. The segmentary mobility of the lumbar discs increases from top to bottom gradually, passing
on average from 12° in L1-L2 to 25° in L4-L5. Disc L5-S1 is less mobile. In upright position, the disc is the centre of compressive force, whereas the articular ones are the centre of a shearing force. The movements of inflexion and extension are done around an axis of rotation located in the subjacent vertebral body, thanks to the arciform slip of the articular facets. In inflexion, the disc is wedge-shaped with pos-terior base, and triangular in extension. The disc
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arciforme des facettes articulaires. En flexion, le disque est cunéiforme à base postérieure, et triangulaire en extension. Le disque est soumis à d’importantes forces de compression, mais aussi de traction et de cisail-lement : compression dans la concavité, traction de la convexité.
Les rotations axiales imposent des efforts de cisaillement, qui sont très mal tolérées par le disque, pouvant creer des lésions fissuraires au niveau de l’annulus, ou désinsérer les plaques vertébrales.
Le nucléus pulposus transforme les lignes ver-ticales en forces radiales, déformant l’annulus fibrosus qui retrouvera ensuite sa forme initiale. Ces variations de pression favorisent les échanges liquidiens avec les stuctures os-seuses environnantes : la perte d’eau diurne est compensée par la réhydratation nocturne du disque, favorisée par le décubitus.Couplé aux ligaments longitudinaux, le disque constitue un système précontraint, se déformant d’autant moins que la vitesse d’application des charges est rapide..Avec le vieillissement, le disque perd sa capacité hydrophile,se rafermit, se pince, et sa stucture se rapproche de la composition des plaques cartilagineuses.
La pression intra-discale est très variable selon la position : elle est importante en position assise, tronc penché en avant, et maximum lors du port de charge, dos non verrouillé. Les travaux de R.MOTTIER(4), (tableau 1) mesurant in vivo les pressions discales dans les activités quotidiennes, ont confirmé en grande partie les travaux de NACHEMSON(5).
L’action des muscles para-vertébraux est bien connue, ils font partie intégrante de l’axe rachi-dien, assimilé à une poutre composite.En position de flexion, il existe un recrutement progressif des muscles spinaux, qui deviennent totalement silencieux en flexion complète : la stabilité est alors uniquement assurée par le disque, soumis à des contraintes de cisaillement, et les articulaires postérieures, siège de pressions verticales.
cesoiata, male tollerati dal disco, potendo creare delle lesioni fissulari al livello dell’annulus, o disinserire le placche vertebrali.
Il nucleo pulposus trasforma le linee verticali in forze radiali, deformando l’annulus fibrosus che ritroverà in seguito la sua forma iniziale (schema 2). Queste variazioni di pressione favoriscono gli scambi liquidei con le strutture ossee circostanti : la perdita di acqua diurna è compensata dalla reidratazione notturna del disco, favorizzata dal decubito.
Accoppiato ai legamenti longitudinali, il disco costituisce un sistema precompresso, deformandosi tanto meno che la velocità di applicazione dei carichi è rapida...
Coll’invecchiamento, il disco perde la sua capacità idrofile, si raffermisce, si pizzica e la sua struttura si avvicina della composizione delle placche cartilaginose.
La pressione intra-discale è molto variabile secondo la posizione : è importante in posizione seduta, tronco inclinato in avanti, e massima al momento di sollevare un peso, dorso non « chiuso ». I lavori di R. MOTTIER (4), (descrizione 1) misurando in vivo le pressioni discali nelle attività quotidiane, hanno confermato in gran’ parte i lavori di NACHEMSON (5).
L’azione dei muscoli para-vertebrali è bene conosciuta, fanno parte integrante dell’asse rachideo, assimilato ad una trave composite.
In posizione di flessione, esiste un reclutamento progressivo dei muscoli spinali, che diventano totalmente silenziosi in flessione completa : la stabilità è allora soltanto assicurata dal disco, sottoposto a costrizioni di cesoiata, e le articolari posteriori, seggio di pressioni verticali.
is subjected to significant forces of compression, but also of traction and shearing: compression in concavity, traction of convexity.
Axial rotations impose shearing forces, which are very badly tolerated by the disc, being able to create fissuring lesions on the level of the an-nulus, or alterate the vertebral plates.
The nucleus pulposus transforms the vertical lines into radial forces, deforming the annulus fibrosus which will find then its initial shape.
These variations of pressure support the liquid exchanges with surrounding osseous stuctures: the diurnal water loss is compensated by the night rehydratation of the disc, supported by the decubitus. Coupled with the longitudinal ligaments, the disc constitutes a pre-stressed system, deforming of as much less than the speed of loads applica-tion is fast. With ageing, the disc loses its absorbent capac-ity, hardens itself, grips itself, and its stucture approaches the composition of the cartilaginous plates.
The intra-discal pressure is very variable accord-ing to the position: it is significant in sitting position, trunk leaned ahead, and maximum at the time of the wearing of load, back not locked. The R.MOTTIER’s study (4), (table 1) measur-ing in vivo the pressures of the intervertebral discs in the daily activities, confirmed mainly the NACHEMSON’s study (5).
The action of the para-vertebral muscles is well-known, and form integral part of the rachidian axis, compared to a composite beam. In position of inflexion, there is a progressive recruitment of the spinal muscles, which be-
come completely inactive in complete inflexion: stability then is only ensured by the disc, which is subjected to shear stresses, and the articular posterior ones, seat of vertical pressures.
Coucher dorsal : 0.10 Debout, penché en avant : 1.10
Assis, relâché avec dossier : 0.27
Course à pied avec chaussures de ville :
0.35-0.95
Lever charge de 20 Kg, genoux fléchis, dos
verrouillé : 1.70
Coucher latéral : 0.12 Assis sans dossier : 0.46 Marche pieds nus : 0.53-0.65
Course à pied avec chaussures de tennis :
0.53-0.65
Port charge de 20 Kg près du corps : 1.10
Debout décontracté : 0.50
Assis, flexion antérieure maximum : 0.83
Marche avec chaussures de tennis : 0.53-0.65
Lever d’une charge de 20 Kg, avec dos rond
: 2.30
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CONCLUSIONS
La structure discale peut être analysée radiologiquement :-radios simples : notion de pincement discal, bâillement, ostéophytes de traction de Mac nab-IRM :
. analyse du disque et des structures osseuses adjacentes selon les critères de MODIC(3). étude de la déshydratation discale selon le classification de PFIRRMANN(6) (schéma 3)
La connaissance de la biomécanique permet de comprendre l’intérêt de certaines thérapeutiques, et de la posture :- le port d’une ceinture ou d’un corset diminue de 25 % la pression discale,- une gestuelle adaptée en particulier au port de charges, permet de soulager le segment fonctionnel : une bonne attitude diminue de moitié les forces exercées sur le disque (NACHEMSON(5), MOTTIER(4).- Le renforcement de la musculature para-vertébrale et de la ceinture abdominale, par la kinésithérapie et les activités sportives régulières non agressives, protège les disques et augmente la tolérance du rachis aux efforts..- La correction des déséquilibres du bassin, liés à une inégalité de longueur des membres inférieurs, par une talonnette, permet de restaurer des conditions biomécaniques normales pour la charnière lombo-sacrée, supprimant en particulier les contraintes de cisaillement par rotation, très mal tolérées à long terme par le disque. - Enfin, certaines techniques chirurgicales essaient de respecter le disque par des ostéosynthèses postérieures souples.
L’utilisation de cales inter-épineuses, restituant l’épaisseur discale, a permis de constater certaines régénérations discales, vérifiées par IRM.(Senegas, (7). Théoriquement, la prothèse discale représente la meilleure procédure, mais les résultats à long terme doivent être validés.
CONCLUSIONI
La struttura discale puo’ essere analizzata radiolicamente :
- lastre semplici : nozione di pizzicamento discale, apertura, osteofiti di trazione di Mac na
- Risonanza Magnetica Nucleare :
-Analisi del disco e delle strutture ossee adgiacenti secondo I criteri di MODIC (3)
- Studio della desidratazione discale secondo le
classificazioni di PFIRRMANN (6) (shema 3).
La conoscenza della biomeccanica permette di comprendere l’interesse di alcune terapeutiche e della postura :
- il porto di una cintura o di un corsetto diminuisce del 25% la pressione discale,
- una gestuale adatta in particolare per portare pesi, permette di sollievare il segmento funzionale : un buon’atteggiamento diminuisce di metà le forze esercitate sul disco. (NACHEMSON (5), MOTTIER (4).
- il rafforzamento della muscolatura paravertebrale e della cintura addominale, per la kinesiterapia e le attività sportive regolari non agressive, protegge i dischi e aumenta la tolleranza del rachide ai sforzi.
- La correzione dei disequilibri del bacino legati ad un’ineguaglianza di lunghezza degli arti inferiori, con compenso, permette di restaurare condizioni biomeccaniche normali per la cerniera lombosacrale, sopprimendo in particolare le costrizioni di cesoiata per rotazione, a termine male tollerate dal disco.
- Infine, alcune tecniche chirurgicali cercano di rispettare il disco con delle osteosintesi posteriori flessibili.
- L’uso di cali inter-spinosi, che restituiscono lo spessore discale, ha permesso di notare alcune regenerazioni discali, verificate da risonanza magnetica (Senegas, (7).
In teoria, la protesi discale rappresenta il migliore procedimento, ma i risultati a lungo termine devono essere convalidati.
CONCLUSION
The structure of the intervertebral discs can be analyzed radiologically: - simple X-rays:
. concept of thinning of the intervertebral discs, cuneisation, and Mac nab’s lipping of traction
- RMI:. study of disc and adjacent osseous structures according to criteria’s of MODIC(3)
. study of deshydratation of the intervertebral discs according to the classification of PFIR-RMANN(6):schéma 3
The knowledge of biomechanics makes it pos-sible to understand the interest of some traet-ments, and postures:
- The wearing of a belt or a brace decreases by 25 % the pressure of the intervertebral discs, - Gestural ergonomics adapted in particular to the wearing of loads, makes it possible to relieve the functional segment: a good attitude decreases by half the forces exerted on the disc (NACHEMSON(5), MOTTIER(4)). - The reinforcement of the para-vertebral musculature and the abdominal belt, by the regular physiotherapy and non-aggressive sports activities, protects the discs and increases the tolerance of the spine to the efforts. - The correction of imbalances of the pelvis, re-lated to an inequality length of the lower limbs, by a heel-piece, makes it possible to restore normal biomechanical conditions for the lum-bar-sacral hinge, removing in particular shear stresses due to rotation, very badly tolerated ageing by the disc. - Lastly, some surgical techniques try to respect the disc by flexible posterior osteosyntheses. The use of inter-spinous wedges, restoring the thick-ness of the intervertebral discs, made it possible to note certain regenerations of the interverte-bral discs, checked by RMI.(Senegas, (7). Theoretically, the prosthesis of the intervertebral discs represents the best procedure, but the long-term results must be validated.
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