Rachis 1 Définition, composition Le rachis est le squelette axial sous-cranial (figure 1). Il est composé de 24 vertèbres mobiles constituant le rachis mobile (7 cervicales, 12 thoraciques et 5 lombaires), du sacrum (composé de 5 sacrèbes) et du coccyx (de 3 à 5 vertèbres) qui forme le rachis fixe. Il permet la posture de l être humain et le maintien en position érigée. Il protège la moelle épinière au sein du canal vertébral jusqu au niveau de la 2 ème vertèbre lombaire et les racines de la queue de cheval sous le niveau de L2. Le rachis est en rapport étroit avec les racines des nerfs spinaux (8 paires de racines cervicales, 12 paires de racines thoraciques, 5 paires de racines lombaires, 5 paires de racines sacrées et quelques racines coccygiennes). La disposition du rachis normal est rectiligne dans un plan frontal, mais curviligne dans un plan sagittal. En effet le rachis cervical est concave en arrière selon la lordose cervicale. Le rachis thoracique est concave en avant selon la cyphose thoracique. Le rachis lombaire est concave en arrière pour décrire la lordose lombaire et le rachis sacro-coccygien est concave en avant pour décrire une cyphose sacrée. Figure 1 : Mise en place du rachis dans son ensemble
2 Ostéologie de la vertèbre Toutes les vertèbres, en dehors de l atlas ou C1 (première vertèbre cervicale) et de l axis ou C2 (deuxième vertèbre cervicale) correspondent au schéma d une vertèbre type. Cette dernière comprend un corps et un arc postérieur. Le corps est de morphologie grossièrement cylindrique à axe vertical. Il possède deux faces, supérieure et inférieure, qui sont entourées d un bourrelet ou crête marginale. L arc postérieur est un demi-anneau osseux concave en avant. Il est composé, de l avant vers l arrière, par les pédicules, les lames et un processus épineux. Au niveau des jonctions entre les pédicules et les lames se développent les processus transverses ou costiformes se dirigeant en dehors et les processus articulaires supérieurs et inférieurs se dirigeant verticalement. A chaque étage, les vertèbres ont des caractères propres. Par ailleurs, plus les vertèbres sont caudales, plus elles sont massives et grandes dans leurs dimensions. 2.1 Vertèbres cervicales de C3 à C7 Le corps est d allure plus cubique, allongé transversalement (figure 2). La face supérieure présente deux saillies à la place de la crête marginale appelés processus semi-lunaires ou crochets. A l inverse, la face inférieure possède deux échancrures. Cette face inférieure est prolongée en avant par un bec qui recouvre en partie la vertèbre sous-jacente. Les pédicules sont insérés sur les faces latérales du corps vertébral dans la moitié supérieure. Les lames sont plus longues que hautes. Les processus épineux sont courts, larges et triangulaires. Leur sommet est bituberculeux. La face inférieure est dessinée selon une gouttière. Les processus transverses possèdent deux racines, l une sur la face latérale du corps vertébral et l autre sur la portion postérieure du pédicule. Ils sont bituberculeux. Ils sont creusés d un foramen où cheminent les vaisseaux vertébraux. Les processus articulaires sont inclinés à 45 sur un plan horizontal et ont une direction sensiblement circulaire centrée sur le corps vertébral. Dans un plan sagittal (figure 3), la forme de la courbure associant la face inférieure du corps vertébral et l inclinaison des facettes des processus articulaires inférieurs montrent la possibilité des mouvements de flexion et d extension par le glissement d une vertèbre par rapport aux voisines. Certaines vertèbres ont des caractères plus particuliers encore. La vertèbre C6 possède un tubercule supplémentaire en avant de chacun des processus transverses. La vertèbre C7 est la plus volumineuse des vertèbres cervicales. Elle possède des facettes articulaires pour les
premières côtes sur le corps vertébral. Le processus épineux est le plus long et saillant en arrière. Les processus transverses sont unituberculaires. Figure 2 : Vue supérieure d une vertèbre cervicale Figure 3 : Vue latérale d une vertèbre cervicale
2.2 Vertèbres thoraciques Le corps est d allure cylindrique (figure 4). Dans un plan horizontal, la largeur et la longueur sont de dimensions équivalentes. Il possède des facettes costales aux coins latérosupérieurs et latéro-inférieurs pour les têtes costales (figure 5). Les pédicules s attachent sur la moitié postérieure du corps vertébral. Leurs bords supérieurs sont peu concaves, tandis que leurs bords inférieurs sont très échancrés. Les lames sont aussi hautes que longues. Les processus épineux sont triangulaires et très inclinés. Les processus transverses présentent un sommet renflé où se place une surface costale en avant. Les processus articulaires sont inclinés à 60 environ sur un plan horizontal et ont aussi une direction sensiblement centrée sur le corps vertébral. Le canal vertébral est d allure circulaire. Les long processus épineux expliquent la limitation des mouvements d extension au rachis thoracique. La présence des côtes explique la limitation des mouvements de ce rachis en rotation, comme en inclinaison. Figure 4 : Vue supérieure d une vertèbre thoracique
Figure 5 : Vue latérale d une vertèbre thoracique 2.3 Vertèbres lombaires Les vertèbres lombaires ont un corps réniforme à grand axe transversal (figure 6). Les pédicules sont de morphologie quadrilatère, insérés sur la moitié supérieure du corps vertébral et à bords inférieurs très tranchés (figure 7). Les lames sont quadrilatères et plus hautes que longues. Les processus épineux sont quadrilatères et possèdent un bord postérieur épais et mousse. Les processus transverses sont étroits et longs et possèdent un tubercule accessoire en arrière et près de leurs bases. Les processus articulaires sont aplatis transversalement de sorte que leurs surfaces articulaires sont presque verticales. Cela explique la possibilité de mouvement de glissement au sein de ces articulations zygapophysaires et la possibilité des mouvements de flexion et d extension. Les processus articulaires supérieurs possèdent un tubercule mamillaire en arrière. Les surfaces articulaires décrivent un arc de cercle dont le centre est postérieur, ce qui explique la limitation des mouvements de rotation au sein du rachis lombaire. Enfin, le canal vertébral est assimilé à un triangle équilatéral.
Figure 6 : Vue supérieure d une vertèbre lombaire Figure 7 : Vue latérale d une vertèbre lombaire
3 Arthrologie du rachis Chaque étage intervertébral possède un disque intervertébral en avant qui unit les corps vertébraux et deux articulations zygapophysaires synoviales qui unissent les processus articulaires supérieurs d une vertèbre sus-jacente aux processus articulaires inférieurs de la vertèbre sous-jacente. Mais, le système ligamentaire est étendu sur l ensemble des structures vertébrales. 3.1 Disque intervertébral Le disque intervertébral est composé d un noyau pulpeux et d un anneau fibreux. Sa hauteur varie en fonction de l étage vertébral et de la mobilité. Ainsi, la hauteur du disque représente environ un tiers de la hauteur des vertèbres adjacentes au niveau du rachis cervical et au niveau du rachis lombaire, ce qui explique la plus grande mobilité de ces parties rachidiennes, l opposé du rachis thoracique ou la hauteur du disque intervertébral ne représente qu un cinquième à un sixième de la hauteur du corps vertébral. Le noyau pulpeux est le reliquat de la tige notochordale. Il est composé de cellules de Virchow, grosses cellules peu différenciées, à noyau central. Les propriétés de cette cellule montrent qu elles sont déformables, mais non compressibles. Le noyau pulpeux est ainsi formé entre 80 et 90% d eau. Il est avasculaire et non innervé. Au sein du disque intervertébral, sa position est décalée en arrière du milieu (figure 8). C est ce noyau pulpeux qui est à l origine des hernies discales lorsqu il est fait extrusion dans le canal vertébral. L anneau fibreux est composé de fibres de Schmörl disposées en couches concentriques. Pour schématiser, il existe des couches de fibres directes qui entourent complètement le noyau pulpeux et intercalées entre des couches de fibres indirectes et spiralées qui disparaissent en arrière du noyau pulpeux. Il y a donc moins de fibres en arrière, ce qui explique en partie le fait que les hernies discales soient toujours postérieures (figure 9).
Figure 8 : Vue latérale arthrologique du rachis. Le disque intervertébral est vu en coupe Figure 9 : Vue supérieure arthrologique du rachis
3.2 Articulations postérieures Ce sont des articulations synoviales orientées différemment selon l étage rachidien. L existence possible de franges synoviales peut expliquer certaines douleurs comme le lumbago (figure 10). Figure 10 : Coupe articulaire zygapophysaire 3.3 Ligaments En avant des corps vertébraux, s insère le ligament intervertébral commun ventral. Ce dernier s étend du crâne au sacrum. Il est décrit avec un faisceau médian et deux faisceaux latéraux. Il ne prend pas insertion sur les disques intervertébraux de sorte que les éventuels procédés ostéophytiques se placent en avant ou latéralement au disque intervertébral. En arrière des corps vertébraux, se place le ligament intervertébral commun dorsal. Ce dernier s étend aussi du crâne au sacrum. Il est décrit avec un faisceau ventral ou profond et un faisceau postérieur ou profond. Il n est pas inséré à la face postérieure des corps vertébraux de sorte qu entre l os et le ligament se place les plexus veineux vertébraux. La présence de ce ligament en arrière empêche l extrusion d une hernie discale dans un axe médian et favorise donc un trajet postéro-latéral de la hernie en direction des foramens inter pédiculaires où cheminent les racines des nerfs spinaux. En arrière des processus épineux, se place le ligament surépineux qui s étend aussi du crâne au sacrum. Il est doublé en avant par les ligaments inter-épineux qui relient chaque processus épineux sus-jacent ou processus épineux sous-jacent voisin. Ces deux couches ligamentaires limitent la flexion à chaque étage vertébral. Chaque processus transverse est relié à son voisin par un ligament inter-transversaire. Par ailleurs, il existe pour chaque articulation zygapophysaire, une capsule articulaire et des ligaments latéral et médial. En arrière du canal vertébral, se placent les ligaments jaunes ou ligaments inter-lamellaires qui relient chaque lame vertébrale avec sa voisine sus ou sousjacente. Ces derniers sont étendus de la lame gauche à la lame droite.
4 Anatomie fonctionnelle du rachis 4.1 Statique 4.1.1 Vertèbre Chaque articulation d une face vertébrale définit un trépied, sous la forme d un triangle avec le corps en avant et les articulations zygapohysaires en arrière (figure 11). C est la clé de la stabilité d une vertèbre. Dès lors qu une fracture atteint deux côtés du trépied, elle rend instable le rachis. Le poids du corps se transmet à la face supérieure d une vertèbre pour se transmettre à la face inférieure (figure 12). Environ 80% de ce poids est transmis par le disque intervertébral et 10% est transmis par chacune des articulations zygapophysaires. L architecture trabéculaire suit donc la transmission de ces forces au sein de l os. Cette architecture comprend donc des travées directes de la face supérieure du corps vertébral à la face inférieure du corps vertébral, comme du processus articulaire supérieur vers le processus articulaire inférieur. Mais elle comprend aussi des travées reliant la face supérieure d un corps vertébral au processus articulaire inférieur et des travées du processus articulaire supérieur vers la face inférieure du corps vertébral. Cette organisation trabéculaire explique une plus grande fragilité du corps vertébral en avant. Enfin, elle comprend également des travées verticales au sein des processus épineux pour s opposer aux forces de traction postérieure. Figure 11 : Schéma du trépied vertébral
Figure 12 : Organisation trabéculaire vertébral 4.1.2 Rachis Le rachis est donc disposé selon des courbures à concavité postérieure ou lordoses cervicale et lombaire et à concavité antérieure ou cyphoses thoracique et sacrée (figure 13). Cette disposition augmente la résistance aux forces de pression verticale exercées sur l ensemble du rachis selon la formule n²+1 où n représente le nombre de courbure. Ces courbures définissent des angles. Ainsi la cyphose thoracique est définie entre la direction de la face supérieure de TH1 et celle de la face inférieure de TH12. Il est de 35 et augmente avec l âge. La lordose lombaire est définie entre la face supérieure de L1 et la face inférieure de L5. Il est de 45. Par ailleurs, il faut noter que la face supérieure du sacrum est inclinée en avant en moyenne de 35 par rapport au plan horizontal. Le rachis est localisé dans la partie postérieure du corps de sorte que le rachis cervical se place à l union tiers postérieur tiers moyen de la région du cou, que le rachis thoracique se place à l union des deux cinquièmes postérieurs de la région thoracique et que le rachis lombaire se place à l union tiers postérieur tiers moyen de la région abdominale.
Figure 13 : Schématisation des angles des courbures vertébrales 4.2 Dynamique Selon la souplesse ligamento-musculaire, les mobilités du rachis dans son ensemble permettent jusqu à 90 de rotation droite ou gauche (figure 14), jusqu à 145 de flexion et 100 d extension (figure 15) et jusqu à 70 d inclinaison droite ou gauche (figure 16). Ses secteurs très importants de mobilités sont aussi en relation avec le nombre important d étages vertébraux inclus. Bien entendu, ils sont différents selon l étage vertébral considéré en fonction de la morphologie ostéo-articulaire.
Ainsi le rachis cervical est le plus mobile avec une amplitude de rotation d environ 50, une amplitude de flexion d environ 70, une amplitude d extension d environ 20 et une amplitude d inclinaison d environ 30 à 45. Le rachis thoracique est celui qui possède le moins de mobilité d une vertèbre à l autre en raison de sa morphologie et de la présence des articulations costo-vertébrales. Mais le grand nombre de vertèbre lui permet une amplitude de rotation d environ 30, de flexion d environ 30, d extension d environ 40 et d inclinaison de 20 à 30. Le rachis lombaire est relativement mobile, sauf en rotation. Son amplitude rotation est d environ 10, celle en flexion d environ 45, celle en extension d environ 45 et celle en inclinaison d environ 20. L examen clinique traduit la flexion du rachis lombaire par la distance doigts-sol ou par l indice de Schöber. Ce dernier marque le niveau postérieur de S1 et un point situé 10 centimètres au dessus en extension et mesure la distance entre ces deux points en flexion. Il est normalement d environ 15 centimètres. Figure 14 : Amplitudes de mobilités en rotation
Figure 15 : Amplitudes de mobilités en flexion-extension Figure 16 : Amplitudes de mobilités en inclinaison