Analyse de l équilibre sagittal du rachis

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1 le point sur Analyse de l équilibre sagittal du rachis Une révolution dans les approches thérapeutiques des pathologies dégénératives lombaires Rev Med Suisse 2011 ; 7 : A. Faundez P. Roussouly J. C. Le Huec Sagittal balance of the spine : a therapeutic revolution In humans, the erect position and bipedal walk is possible because of a balance between pelvic and spinal parameters. The most important pelvic parameter is the pelvic incidence which represents the base on which the spine lies. With aging, thoracic kyphosis increases, lumbar lordosis decreases, compro mising the spino-pelvic balance. Compensa tory phenomenons are possible, but rely mostly on the amplitude of pelvic incidence. Analysis of spino-pelvic parameters and detection of a compensated or uncompensated sagittal imbalance are mandatory before any therapeutic action is undertaken for a degenerative pathology of the spine. La position érigée de l être humain et la marche bipède sont possibles grâce à un équilibre spino-pelvien qui répond à une cohérence entre des paramètres propres au pelvis et d autres au rachis. Le paramètre anatomique le plus important est l incidence pelvienne qui reflète l embase sur laquelle repose la colonne vertébrale. Avec le vieillissement physiologique de la colonne vertébrale, la lordose lombaire diminue, la cyphose thoracique augmente et l équilibre spino-pelvien est compromis. Les possibilités de compensation d un déséquilibre sagittal dépendent de l amplitude de l incidence pelvienne. Une analyse détaillée des paramètres spino-pelviens et la détection d un éventuel déséquilibre sagittal compensé ou décompensé sont indispensables avant toute décision thérapeutique ayant trait à des troubles dégénératifs du rachis. introduction La lordose lombaire n existe que chez l être humain. Et c est grâce à elle que notre marche est totalement bipède. Mais afin de pouvoir nous mouvoir sur de longues distances de manière totalement autonome, notre position érigée doit être la plus économique possible en termes de dépense d énergie. Elle doit être ergonomique. Cette position érigée ergonomique résulte d un équilibre minutieusement réglé entre la forme du pelvis et la forme globale de la colonne vertébrale : c est l équilibre sagittal du rachis. Avec le vieillissement, la lordose lombaire s efface, la cyphose thoracique augmente. L équilibre sagittal du rachis peut en être perturbé et accompagner certains syndromes douloureux chroniques dégénératifs : lombalgies, claudication neurogène entre autres. Les diverses définitions et mesures classiques de l équilibre sagittal n ont jamais permis d obtenir une analyse logique et pragmatique, pouvant déboucher sur des actions thérapeutiques précises. La mise en évidence de paramètres pelviens primordiaux par les travaux de Duval-Beaupère et Legaye à la fin des années 1980, mais aussi le développement de nouvelles techniques radiologiques, ont ouvert la voie à une révolution dans l analyse de l équilibre sagittal du rachis. L analyse moderne de cet équilibre, dont nous allons donner un aperçu dans cet article, s avère primordiale dans toute approche thérapeutique de pathologie dégénérative du rachis, qu elle soit chirurgicale ou conservatrice. ce que nous avons appris à l école de médecine Lorsque nous avons fait nos études de médecine humaine, nous avons appris en cours d anatomie qu il existait quatre segments rachidiens : la colonne cervicale en lordose, la colonne thoracique en cyphose, la colonne lombaire en lordose et le segment sacro-coccygien figé en cyphose. Nous avons également appris qu entre ces segments, il y avait des jonctions : cervico-thoracique C7-D1, thoraco-lombaire D12-L1 et lombosacrée L5-S1. Dans plusieurs livres d enseignement et articles scientifiques, nous découvrions que chaque segment possède 2470 Revue Médicale Suisse 21 décembre 2011

2 une amplitude de courbure moyenne : 50 pour la colonne cervicale entre C2 et C7, de 20 à 50 pour la colonne thoracique entre D4 (première vertèbre thoracique clairement visible sur une radiographie de profil) et D12, finalement 50 en moyenne pour la colonne lombaire entre L1 et L5 (ou S1). Ceci est une définition uniquement anatomique, incorrecte. Elle ne correspond pas à la réalité biomécanique de l être humain vivant. Pendant notre formation postgrade, nous avons appris également à regarder la colonne vertébrale par segments radiologiques correspondant aux segments anatomiques. Nous allons voir qu une vision globale, «aérienne» de la colonne vertébrale dans son entier est actuellement devenue indispensable si l on veut cerner les pathologies dégénératives spinales, car chaque région de la colonne influe sur les autres. Le développement de nouvelles techniques radiologiques moins irradiantes a rendu cette vision possible. A paramètres pelviens Le pelvis est la base sur laquelle repose notre colonne vertébrale. Lorsqu on la regarde de profil, cette base est plus ou moins large. Ceci est quantifié par l angle d incidence pelvienne (PI: pelvic incidence) défini il y a de nombreuses années déjà par Duval-Beaupère et Legaye (figure 1). 1,2 C est un angle primordial pour la compréhension de l équilibre sagittal du rachis. C est un angle anatomique fixe, propre à chaque être humain. Il peut être plus ou moins ample, mais il ne peut pas être modifié, une fois la croissance achevée. Cet angle représente grossièrement la fondation sur laquelle va reposer la colonne. Cet angle fixe est une caractéristique anatomique qui ne préjuge pas de la position du bassin dans l espace. Or, le bassin peut tourner autour des têtes fémorales jusqu à une certaine limite. Cette rotation du bassin est caractérisée par un angle défini par rapport à la verticale passant par les têtes fémorales et l un des côtés de l angle d incidence ; c est la version pelvienne ou pelvic tilt (PT) (figure 1). Cette rotation du pelvis est primordiale à comprendre dans la détection de phénomènes de compensation d un déséquilibre sagittal dégénératif comme on l expliquera plus loin. paramètres rachidiens La colonne vertébrale qui repose sur l embase constituée par le pelvis (première vertèbre) va devoir adapter sa forme pour pouvoir rester en équilibre. La compréhension de l équilibre sagittal nécessite de revoir complètement la définition des courbes spinales : la colonne vertébrale n est plus séparée en segments anatomiques, mais en segments biomécaniques. 3 Ainsi, en prenant le plateau sacré comme embase, on peut démontrer que le passage de la lordose lombaire à la cyphose thoracique se fait par un point remarquable appelé le point d inflexion (figure 2). Ce point n est pas forcément localisé en D12-L1, mais varie selon la valeur de l incidence pelvienne. 4 Il peut être localisé entre B PI PI = PT + SS PT Figure 1. Angle d incidence pelvienne SS A. Mesure de l incidence pelvienne (PI) sur une radiographie de la colonne lombaire de profil. C est l angle à l intersection entre une ligne tirée du centre de la tête fémorale au centre du plateau de S1 et une ligne perpendiculaire au plateau de S1. B. Par trigonométrie, on peut démontrer que le PI est également la somme de l inclinaison pelvienne (PT) et de la pente sacrée (SS). D10 et L2. On constate alors que les sommets des courbes lombaire et thoracique (appelés apex) varient de position et ne sont plus localisés en des endroits reconnus classiquement. En utilisant le point d inflexion, l apex de la lordose lombaire et le plateau sacré, Roussouly et coll. ont pu caractériser la lordose lombaire en deux arcs de cercle : un arc lombaire supérieur et un arc lombaire inférieur. 4 La conclusion la plus importante de cette observation est que la majeure partie de la lordose lombaire est localisée dans l arc inférieur (L4-S1) dans tous les cas et que l arc supérieur est quasi constant entre 15 et 19. Cette notion est essentielle à connaître en pathologie car la perte de valeur de l arc lombaire inférieur va largement influer sur le comportement du rachis sus-jacent. corrélation entre forme du pelvis et forme du rachis Dans un article de référence, Roussouly et coll. ont pu démontrer l existence de quatre grand groupes de courbures spinales en fonction de l amplitude de l incidence pel Revue Médicale Suisse 21 décembre

3 Cervical lordosis Inflexion point Apex LL SS Thoracic kyphosis La base est plus large dans le type 3 (PI L 45 ), la lordose lombaire et la cyphose thoracique sont amples et équilibrées. C est le type le plus répandu dans la population normale asymptomatique. Le type 4 a aussi un PI élevé, parfois très élevé, et est caractérisé par une lordose lombaire très ample compensée par une cyphose thoracique également très ample. Chaque type, de par sa configuration biomécanique, est sujet à des troubles dégénératifs différents des autres. équilibre spino-pelvien L équilibre spino-pelvien, c est-à-dire la position érigée ergonomique de l être humain, est atteint lorsque les paramètres pelviens sont en cohérence avec la courbure spinale. Ceci se traduira entre autres par une ligne à plomb C7 passant au niveau ou à proximité de l angle postéro-supérieur de S1 (figure 2). Mais, la mesure seule de la verticale abaissée de C7 ne suffit pas à quantifier l état de déséquilibre, car il est très fréquent de retrouver en pathologie des modifications majeures de la colonne vertébrale qui permettent malgré tout de maintenir la verticale de C7 au travers du plateau sacré. C est pour cela qu il faut vérifier la cohérence entre paramètres pelviens et rachidiens, qui ont été définis pour des sujets normaux asymptomatiques. Et il faudra rechercher des signes de compensation d un déséquilibre sagittal. Figure 2. Segmentation biomécanique de la colonne vertébrale Les points d inflexion sont les points de changement de courbure et ne correspondent pas obligatoirement aux jonctions anatomiques. Les amplitudes des courbures spinales doivent être mesurées à partir de ces points. LL : lordose lombaire ; SS : pente sacrée. Type 1 Type 2 Type 3 Type 4 Low grade PI High grade PI Figure 3. L incidence pelvienne (PI) définit différents types de courbures spinales vienne (figure 3). 4 Le type I est caractérisé par un PI faible (l 45 ), une lordose lombaire très courte concentrée sur L4-S1, puis une longue cyphose thoraco-lombaire. Le type 2 a aussi un PI faible, mais la lordose lombaire et la cyphose thoracique sont similaires, longues et de faible amplitude. variations d origine dégénérative de l équilibre sagittal Les paramètres pelviens et rachidiens s imbriquent pour créer l équilibre spino-pelvien. La perte de hauteur discale provoquée par le vieillissement physiologique résulte en une perte de la lordose lombaire et l équilibre spino-pelvien peut être perturbé. Des phénomènes de compensation se mettent progressivement en place, pour le préserver (figure 4). La musculature paravertébrale agissant comme un hauban postérieur augmentera son effet pour aplatir un peu la cyphose thoracique en même temps qu il y a une perte de la lordose lombaire. Cet effet est cependant limité par des facteurs mécaniques et anatomiques et par la perte progressive du contrôle neuromusculaire lié au vieillissement. Un autre phénomène de compensation se produit de façon concomitante, c est la rotation postérieure du bassin ou rétroversion qui permet de maintenir la verticale de C7 au-dessus du plateau sacré. L amplitude de la rétroversion est corrélée à l incidence pelvienne : plus l incidence est grande, plus importante est la capacité de rétroversion. Ainsi, les patients à petite incidence auront moins de capacité de rétroversion et donc de capacité de compensation. Lorsque ces phénomènes de compensation sont dépassés, le patient va plier les genoux, toujours dans un effort de maintenir la ligne de plomb C7 derrière les têtes fémorales, le plus près possible de l angle postéro-supérieur de S1 (figure 4). 5 Mais cet effort peut devenir de plus en plus difficile à maintenir, se manifestant par des dorso-lombalgies dues aux contractures des muscles spinaux et à la pression sur les facettes articulaires mais également au niveau 2472 Revue Médicale Suisse 21 décembre 2011

4 A B C traduit un phénomène de compensation par rétroversion du bassin. Il faudra donc traiter la cause du déséquilibre et ne pas se focaliser uniquement sur deux ou trois coupes de l IRM montrant des disques dégénératifs. Toute chirurgie lombaire, du recalibrage à l arthrodèse, doit être précédée d une analyse de l équilibre sagittal. HE exemple pratique Les deux cas ci-après, présentant les mêmes pathologie et symptomatologie, illustrent l importance de l analyse de l équilibre sagittal du rachis pour proposer le bon traitement (figure 5). A PFA Figure 4. Séquence de phénomènes de compensation des troubles dégénératifs de l équilibre sagittal A. Equilibre normal ; B. Chez le même patient, perte de la lordose lombaire et déséquilibre sagittal efficacement compensé par une rétroversion du bassin ; C. Le contrôle neuromusculaire et la rétroversion du bassin ne suffisent plus à compenser, le patient plie les genoux dans un effort de ramener la ligne de plomb C7 le plus en arrière possible. HE : extension de hanche ; PFA : angle fémoro-pelvien. des cuisses par la fatigue musculaire des muscles quadriceps ou ischio-jambiers, pouvant aisément être prises pour des douleurs de claudication neurogène alors que le canal lombaire n est pas étroit : erreur classique d interprétation clinique conduisant à des recalibrages lombaires inopérants, par méconnaissance de l origine des douleurs. B standardisation des examens radiologiques Une vision globale de la colonne vertébrale est nécessaire pour une analyse détaillée de l équilibre sagittal, et sera au mieux donnée par une radiographie de colonne totale. Une technique radiologique rendue possible grâce aux travaux du prix Nobel de physique 1992, Georges Charpak, permet aujourd hui d obtenir des radiographies colonne totale en délivrant jusqu à dix fois moins de rayons ionisants aux patients (système EOS). Cette technologie n est pas accessible à tous, mais une radiographie digitalisée simple de la colonne lombaire debout, incluant les têtes fémorales sur l incidence de profil, permet déjà une analyse des paramètres pelviens. De la mesure de l incidence pelvienne, on pourra déduire le type de rapport spino-pelvien. La mesure de la version du pelvis (PT) donnera également une information précieuse sur la présence d éventuels phénomènes de compensation. Un PT anormalement élevé pour un angle d incidence donné Figure 5. Ces deux patients de 70 ans souffrent de claudication neurogène sur canal lombaire étroit pluri-étagé Les IRM sont similaires. Cependant, le premier patient (A) présente un équilibre sagittal normal et on pourra proposer une laminectomie décompressive sans stabilisation. Le deuxième patient (B) présente par contre un déséquilibre sagittal compensé par une rétroversion pelvienne et une flexion des genoux. Une laminectomie décompressive isolée risque à court terme d aggraver le déséquilibre et nous recommanderions dans ce cas, si l état de santé du patient le permet, d associer une spondylodèse avec correction de la lordose. Revue Médicale Suisse 21 décembre

5 conclusion L équilibre spino-pelvien est régi par une relation cohérente entre paramètres pelviens et rachidiens. En vieillissant, notre lordose lombaire diminue et la cyphose thoracique augmente, facteurs favorisant un déséquilibre sagittal. Des patients avec un PI élevé peuvent plus facilement compenser un déséquilibre sagittal que ceux avec un petit PI, car leur marge de rétroversion pelvienne est plus grande. Trois aspects doivent être vérifiés, sur une radiographie de colonne totale au mieux, mais une radiographie digitalisée de la colonne lombaire debout incluant les têtes fémorales sur le profil permet de mesurer au moins les paramètres pelviens : 6 1. quelle est l incidence pelvienne du patient? Le PT et la SS (sacral slope, pente sacrée) pourront en être déduits (PI = PT + SS) et il faudra vérifier s ils sont en adéquation. 2. Le patient est-il en équilibre? La ligne de plomb C7 doit se trouver idéalement au niveau de l angle postérosupérieur de S1. 3. Si la ligne de plomb se trouve entre les têtes fémorales et S1, chercher des signes de compensation : effacement de la cyphose thoracique, lordose thoracique, rétrolisthésis lombaire, flexion des genoux. Quel que soit le symptôme prédominant du patient (lombalgie, claudication neurogène, symptômes d instabilité ) l analyse de l équilibre sagittal et la détection d un déséquilibre compensé ou décompensé sont indispensables avant d entreprendre tout traitement, qu il soit non chirurgical ou chirurgical. 7 Implications pratiques L analyse de l équilibre sagittal est primordiale dans toute approche thérapeutique, chirurgicale ou non, pour toutes les pathologies dégénératives de la colonne vertébrale Le pelvis et la colonne vertébrale forment un ensemble fonctionnel en équilibre, qui s articule autour d un paramètre d importance majeure : l incidence pelvienne Une radiographie simple, digitalisée de la colonne vertébrale lombaire, incluant les têtes fémorales sur le profil, apporte déjà beaucoup d informations utiles sur d éventuels phénomènes de compensation d un déséquilibre sagittal (PI = PT + SS incidence pelvienne = version pelvienne + pente sacrée) Adresses Dr Antonio Faundez Service de chirurgie orthopédique et traumatologie de l appareil moteur HUG, 1211 Genève 14 antonio.faundez@hcuge.ch Dr Pierre Roussouly Service de chirurgie de la colonne vertébrale CMCR des Massues Rue Edmond Locard Lyon France Pr Jean Charles Le Huec Unité spinale 2 Laboratoire de recherche chirurgicale CHU Pellegrin Hôpital universitaire Bordeaux Bordeaux France Bibliographie 1 Boulay C, Tardieu C, Hecquet J, et al. Sagittal alignment of spine and pelvis regulated by pelvic incidence : Standard values and prediction of lordosis. Eur Spine J 2006;15: * Le Huec JC, Aunoble S, Philippe L, et al. Pelvic parameters : Origin and significance. Eur Spine J 2011; 20 (Suppl. 5): Roussouly P, Pinheiro-Franco JL. Sagittal parameters of the spine : Biomechanical approach. Eur Spine J 2011;20(Suppl. 5): Roussouly P, Gollogly S, Berthonnaud E, et al. Classification of the normal variation in the sagittal alignment of the human lumbar spine and pelvis in the standing position. Spine (Phila Pa 1976) 2005;30: Barrey C, Roussouly P, Perrin G, et al. Sagittal balance disorders in severe degenerative spine. Can we identify the compensatory mechanisms? Eur Spine J 2011;20(Suppl. 5): Le Huec JC, Leijssen P, Duarte M, et al. Thoracolumbar imbalance analysis for osteotomy planification using a new method : FBI technique. Eur Spine J 2011; 20(Suppl. 5): ** Le Huec JC, Roussouly P. Sagittal spino-pelvic balance is a crucial analysis for normal and degenerative spine. Eur Spine J 2001;20(Suppl. 5): * à lire ** à lire absolument 2474 Revue Médicale Suisse 21 décembre 2011 Revue Médicale Suisse 21 décembre