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Anatomie et physiologie de la marche, de la position assise et debout F. Dujard

Anatomie et physiologie de la marche, de la position assise et debout F. Dujardin, A.-C. Tobenas-Dujardin, J. Weber L’objet de cet article est de rapporter les éléments essentiels de l’organisation de la marche humaine, de la posture et de la station assise. Les aspects abordés concernent principalement les caractéristiques anatomiques de la position érigée et de la marche bipède, l’organisation qui permet d’assurer une économie maximale tout en préservant de larges capacités d’adaptation, l’évolution avec l’âge, le contrôle neurophysiologique et quelques illustrations pathologiques. © 2009 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Marche ; Bipédie ; Posture ; Station assise ; Contrôle neurophysiologique ; Exemples pathologiques Plan ¶ Introduction 1 ¶ Caractéristiques anatomiques de la position érigée et de la marche bipède 1 Crâne 1 Rachis 2 Hanche et bassin 2 Membres inférieurs 2 ¶ Posture et initiation de la marche 3 ¶ Marche normale 4 Introduction 4 Paramètres spatiotemporels 5 Cinétique articulaire et activités musculaires au cours du cycle 5 Réaction au sol, déplacement du centre de gravité, équilibre dynamique et dépenses énergétiques 8 Évolution de la marche avec l’âge 9 Circonstances particulières de la marche 11 ¶ Station assise 12 ¶ Contrôle neurophysiologique de la marche normale et de la posture 12 Organisation de l’équilibre postural 12 Organisation centrale de la marche 13 ¶ Éléments de pathologie 14 Pathologie orthopédique 14 Troubles de la marche d’origine neuromusculaire 15 ¶ Conclusion 16 ■Introduction Les phénomènes mécaniques et neurologiques qui permettent la posture, la station assise, la marche et la transition entre ces états ont fait l’objet de très nombreuses études dont l’histoire est ancienne. Au XVIIe siècle, Borelli publiait De Motu Animalum, qui constitue une première approche biomécanique des mouve- ments alternés permettant de maintenir l’équilibre du centre de gravité global du corps au cours de la marche. L’essor industriel du XIXe siècle est à l’origine de l’idée d’un « homme machine » que l’émergence des nouvelles technologies permettait de représenter, on dirait aujourd’hui de « modéliser ». En 1836, les frères Weber publiaient en Allemagne une description de la succession des phases constituant le déroulement du cycle de marche. Marey [1] développait en 1873 à Paris la « chrono- photographie » qui, par un système d’expositions successives d’une seule plaque photographique, lui permettait d’étudier le mouvement des membres au cours du cycle. En 1895, Braune et Fischer [2] en Allemagne, avec un système semblable à la chronophotographie, parvenaient à mesurer le mouvement dans l’espace, en trois dimensions, des segments de membre. Ces mouvements et la connaissance de la masse partielle des segments permettaient à Braune et Fischer d’appliquer les lois de la dynamique au corps humain, et d’effectuer les premières estimations des forces articulaires et de la résultante globale au centre de gravité. Au XXe siècle, le développement des plates- formes de force, de l’électromyographie et des systèmes électro- niques d’analyse du mouvement [3] ont permis de diversifier les approches de l’étude de la marche et d’établir des descriptions systématiques et détaillées [4, 5]. L’objet de cet article est de présenter une synthèse des éléments essentiels de la physiologie normale et quelques exemples pathologiques de la marche et de la posture. ■Caractéristiques anatomiques de la position érigée et de la marche bipède La classification des espèces vivantes repose sur l’apparte- nance à un genre et à une espèce. Si la définition d’apparte- nance à une espèce repose sur un critère d’interfécondabilité, la définition du genre reste plus variable. Le genre Homo peut être cerné par des critères morphologiques, notamment crâniens, centrés sur les phénomènes d’encéphalisation, ou par des critères d’ordre culturels, tels que la fabrication et l’utilisation d’outils [6]. Parmi les caractéristiques anatomiques du genre Homo, une lui est propre, et représente sa capacité à la station érigée permanente et l’utilisation exclusive d’une locomotion bipède. Cet article présente les principaux critères anatomiques de cette locomotion bipède. Crâne Le squelette crânien, même s’il est loin du sol, permet de retrouver des éléments de la locomotion bipède. La direction du ¶ 14-010-A-10 1 Appareil locomoteur Rejoignez nous sur Facebook: “ La Radiologie Pour Tous “ canal semi-circulaire externe du labyrinthe, analysée sur les radiographies du crâne, fait partie des critères de définition de l’hominité des restes crâniens. La position et l’évolution de points anthropométriques du crâne par rapport à cet axe vestibulaire permettent d’appréhender le passage à la station érigée [7]. D’autres éléments quantitatifs peuvent être utilisés, telle la position du foramen magnum, orifice de la base du crâne en rapport avec les premières vertèbres cervicales. La position de ce foramen est définie selon un axe antéropostérieur et est mesurée par rapport à la ligne bicarotidienne. Ahern [8] a comparé cette position au sein d’espèces anthropomorphes : fossiles d’hominidés du plio- et pléistocène, sujets Pan troglo- dytes et chez l’homme, montrant que chez l’homme le foramen magnum se plaçait beaucoup plus avant que chez les autres espèces. Cette position s’accompagnait d’une augmentation de la surface de l’écaille occipitale, suggérant le développement de la musculature nucale avec un site d’insertion plus large [9]. La position de l’inion, point le plus saillant de la protubérance occipitale externe, est également un élément biométrique crânien permettant d’appréhender ce développement de la masse musculaire nucale [10]. Le passage d’une position quadru- pède à une position bipède s’accompagne d’un changement de contrainte autour de l’extrémité encéphalique. Celle-ci, pour être maintenue au-dessus du rachis cervical, entraîne ces modifications de la base du crâne et l’augmentation de la masse musculaire postérieure. L’action de ces muscles permet le redressement du crâne et l’horizontalisation du regard, plaçant ainsi la ligne unissant les rebords orbitaires supérieur et inférieur perpendiculaire au sol. Rachis Le crâne redressé et stabilisé par une musculature nucale puissante s’appuie sur la première vertèbre, l’atlas, dont les surfaces articulaires s’adaptent à celles de l’os occipital. Ces facettes articulaires supérieures de C1 présentent chez l’homme un aspect de bipartition qui est caractéristique de l’espèce humaine. Billman et al. [11] ont étudié cet aspect sur 500 vertè- bres humaines et 256 vertèbres de primates non humains permettant d’identifier cette bipartition comme propre à l’espèce humaine. Les auteurs évoquent cet aspect de l’articula- tion comme étant également le reflet des modifications de contraintes au sein de l’articulation atlanto-occipitale, dans un contexte de positionnement de l’extrémité encéphalique au-dessus du rachis cervical. Ces modifications se retrouvent également dans l’angulation que forment les corps charnus musculaires par rapport au rachis cervical, angulation liée aux insertions supérieures occipitales et rachidiennes cervicales au niveau des processus osseux transverses et épineux. La colonne rachidienne est à la fois statique et dynamique. Au plan statique, la présence de processus osseux, épineux et transverses sur les vertèbres thoraciques et lombaires complète le système de haubanage commencé au cou. Ces insertions étagées vont permettre la stabilisation de la station érigée. Au plan dynamique, la présence de quatre courbures (lordose cervicale, cyphose thoracique, lordose lombaire et concavité sacrée antérieure) projette le centre de gravité du corps sur une verticale passant en avant du sacrum et crée un système d’amortissement. Les courbures participent indirectement à la station érigée. En effet, la lordose lombaire, en modifiant la position et la couverture de la tête fémorale, autorise la position debout par l’extension complète de la hanche et du genou [12]. En contrepartie, la verticalisation du tronc et du rachis aug- mente les charges mécaniques sur le segment lombaire, ce qui se traduit par une augmentation de taille des vertèbres : le genre Homo présente un segment lombaire plus étendu que celui des primates [12]. Hanche et bassin Chez les hominidés, la locomotion bipède, et les modifica- tions anatomiques du rachis et du bassin qui en découlent, imposent au bassin et à la hanche une position fonctionnelle en extension. Certains animaux, comme le kangourou, l’autru- che, les oiseaux ou les dinosaures carnivores, utilisent une locomotion bipède, mais en conservant un bassin horizontal et une hanche fléchie en position de fonction (Fig. 1). Chez ces animaux, l’équilibre dynamique est assuré par une répartition des masses de part et d’autre de la hanche. Leur position ne peut pas, pour cette raison, être considérée comme érigée, contrairement à celle des hominidés. La verticalisation du rachis et du bassin ainsi que l’extension fonctionnelle de la hanche sont non seulement associées à une solution d’équilibre statique et dynamique très différente, mais aussi à des singularités anatomiques ou à des éléments de physiopathologie. Les multiples études d’anatomie comparée concordent pour établir que le bassin est plus large et plus robuste chez l’homme par rapport à celui des grands singes. Cette robustesse est associée à la nécessité gravitationnelle de soutenir le poids des viscères en station érigée. Cette modifica- tion en taille s’accompagne également de modifications d’orientation des éléments sacrés et iliaques, avec des significa- tions fonctionnelles liées à la marche bipède [12-14]. Ainsi, par exemple, la concavité sacrée antérieure, dernière courbure du rachis, contribue au rapprochement du centre de gravité vers la ligne verticale, réduisant les efforts musculaires nécessaires à l’équilibre de la station érigée. La modification d’orientation du bassin s’accompagne également de modifications musculaires, réduction, par exemple, des uploads/Litterature/ anatomie-et-physiologie-de-la-marche-de-la-position-assise-et-debout.pdf