Support mécanique

Le squelette et les muscles du dos soutiennent le poids du corps, transmettent les forces aux membres inférieurs par l’intermédiaire du pelvis, positionnent et soutiennent la tête et, enfin, articulent et relient les membres supérieurs. La colonne vertébrale occupe la partie postérieure du corps, sur sa ligne médiane. De profil, on lui distingue plusieurs courbures (figure 2.2) :

Figure 2.2 Courbures de la colonne vertébrale.

Les contraintes mécaniques augmentent de la région cervicale à la région lombale, où les pathologies sont ainsi plus fréquentes.

Mouvement

Les muscles du dos sont répartis en muscles extrinsèques et intrinsèques :

Figure 2.3 Mouvements du dos.

L’amplitude de mouvement entre deux vertèbres voisines est faible, mais cette amplitude est cumulative entre les segments vertébraux adjacents tout le long de la colonne vertébrale. Enfin, les mobilités, en particulier l’extension, dans le secteur thoracique sont limitées en comparaison des mobilités du secteur lombal. Les muscles antérieurs à la colonne vertébrale permettent la flexion de cette dernière.

Les deux premières vertèbres de la région cervicale, ainsi que les muscles qui y sont associés, ont une organisation spécifique leur permettant de soutenir et de positionner la tête. La tête se déplace en flexion et en extension sur la vertèbre CI alors que les mouvements de rotation de la tête se produisent dans l’articulation entre CI et CII (figure 2.3).

Protection du système nerveux central et du système nerveux peripherique

La colonne vertébrale ainsi que les parties molles de la région du dos renferment la moelle spinale et le segment proximal des nerfs spinaux (figure 2.4). La partie plus distale de ces nerfs spinaux traverse ensuite différentes régions du corps (selon leur destination), dont parfois des régions de la tête.

Figure 2.4 Système nerveux.

Os

Le dos comporte 33 vertèbres (figure 2.5). Le nombre et les caractéristiques de ces vertèbres varient avec leur position le long de la colonne vertébrale. On compte sept vertèbres cervicales, douze vertèbres thoraciques, cinq vertèbres lombales, cinq sacrales et trois ou quatre vertèbres coccygiennes. Les vertèbres sacrales sont fusionnées pour ne constituer qu’un seul bloc osseux, le sacrum. Les vertèbres coccygiennes, au nombre de trois ou quatre, ont une structure rudimentaire et sont le plus souvent fusionnées pour ne constituer qu’un seul os, le coccyx.

Figure 2.5 Vertèbres.

Vertèbre type

Une vertèbre est composée d’un corps vertébral et d’un arc vertébral (figure 2.6).

Figure 2.6 Vertèbre type. A. Vue supérieure. B. Vue latérale.

Le corps vertébral occupe la partie antérieure de la vertèbre et supporte l’essentiel des contraintes mécaniques de la vertèbre. La taille du corps vertébral augmente de CI à LV Les disques intervertébraux, de nature fibrocartilagineuse, séparent les corps vertébraux des vertèbres adjacentes.

L’arc vertébral est solidement relié à la face postérieure du corps vertébral par les deux pédicules vertébraux. Les pédicules constituent les piliers latéraux de l’arc vertébral. Le toit de l’arc vertébral est formé par les deux lames (droite et gauche) qui s’unissent sur la ligne médiane.

Les arcs vertébraux des vertèbres sont empilés pour former les murs latéraux et postérieur du canal vertébral qui s’étend de la première vertèbre cervicale (CI) à la dernière vertèbre sacrale (vertèbre sacrale V). Ce canal osseux contient la moelle spinale et ses enveloppes protectrices, les vaisseaux sanguins irriguant la moelle, le tissu fibreux, la graisse et le segment proximal des nerfs spinaux (nerfs rachidiens).

L’arc vertébral d’une vertèbre présente des caractéristiques anatomiques communes à toutes les vertèbres :

des zones d’insertion pour les muscles et les ligaments ;

des leviers pour l’action des muscles ;

des surfaces articulaires pour s’articuler avec les vertèbres adjacentes.

Partant du toit de l’arc vertébral, le processus épineux se projette généralement vers l’arrière et vers le bas.

De part et d’autre de l’arc vertébral, à l’endroit où la lame et le pédicule se rencontrent, un processus transverse est développé latéralement. Du même endroit naissent le processus articulaire supérieur et le processus articulaire inférieur qui s’articulent en haut et en bas avec les processus articulaires correspondant des vertèbres adjacentes.

Chaque vertèbre comporte également des éléments provenant des côtes. Dans la région thoracique, ces éléments costaux constituant la partie naissante des côtes sont importants et s’articulent avec le corps vertébral et les processus transverses. Dans les autres régions de la colonne vertébrale (cervicale, lombale), ces éléments sont de petite taille et font partie intégrante du processus transverse. Parfois, dans les régions lombale haute et cervicale basse, ces éléments costaux peuvent donner une côte complète (elle est alors dite surnuméraire).

Muscles

D’après leur origine embryologique et leur innervation, les muscles du dos peuvent être divisés en deux groupes : les muscles extrinsèques et les muscles intrinsèques (figure 2.7).

Figure 2.7 Muscles du dos. A. Muscles extrinsèques. B. Muscles intrinsèques.

Les muscles extrinsèques assurent les mouvements des membres supérieurs et de la paroi thoracique. Ils sont le plus souvent innervés par les rameaux nerveux antérieurs des nerfs spinaux. Le groupe superficiel de ces muscles extrinsèques est relié aux membres supérieurs alors que le groupe intermédiaire intéresse la paroi thoracique.

Les muscles intrinsèques du dos représentent le groupe musculaire profond et leur innervation est assurée par les rameaux nerveux postérieurs des nerfs spinaux. Ces muscles soutiennent et mobilisent la colonne vertébrale ainsi que la tête. Certains de ces muscles intrinsèques permettent enfin les mouvements des côtes par rapport aux vertèbres.

Canal vertebral

La moelle spinale est contenue dans un canal osseux formé par l’empilement des vertèbres adjacentes et par les parties molles environnantes (le canal vertébral) (figure 2.8) :

Figure 2.8 Canal vertébral.

Au sein du canal vertébral, la moelle spinale est entourée de trois membranes conjonctives (les méninges spinales) :

Au sein du canal vertébral, la dure-mère spinale est séparée des parois du canal vertébral osseux par l’espace épidural (ou extradural). Cet espace virtuel comprend du tissu graisseux, un tissu conjonctif lâche et le plexus veineux épidural.

Nerfs spinaux

Les 31 paires de nerfs spinaux (ou nerfs rachidiens) ont une distribution segmentaire. Ils sortent du canal vertébral entre les pédicules de deux vertèbres adjacentes. On compte huit paires de nerfs spinaux cervicaux (C1 à C8), douze paires de nerfs thoraciques (T1 à T12), cinq paires lombales (L1 à L5), cinq paires sacrales (S1 à S5) et une paire de nerfs spinaux coccygiens (Co). Chaque nerf spinal est attaché à la moelle spinale par une racine antérieure et une racine postérieure (figure 2.9).

Figure 2.9 Nerfs spinaux (coupe transversale).

À la sortie du canal vertébral, chaque nerf spinal donne, par division :

La réunion des rameaux spinaux antérieurs constitue les plexus somatiques principaux (plexus cervical, brachial, lombal et sacral) ainsi que l’essentiel du contingent destiné aux viscères du système nerveux périphérique (SNP) (tronc sympathique et plexus prévertébral).

Tête

La région cervicale du dos comporte le squelette et une grande partie des muscles du cou qui, lui-même, soutient et mobilise la tête (figure 2.10).

Figure 2.10 Relations entre le dos et les autres régions du corps.

Le cerveau et les méninges crâniennes sont en continuité avec les méninges de la moelle spinale par l’intermédiaire du foramen magnum du crâne. La paire d’artères vertébrales, une de chaque côté, est ascendante au travers des foramens des processus transverses des vertèbres cervicales. Ces artères vertébrales traversent ensuite le foramen magnum et participent, avec les artères carotides internes, à la vascularisation du cerveau.

Thorax, abdomen et pelvis

Les différentes régions de la colonne vertébrale participent à l’architecture squelettique du thorax, de l’abdomen et du pelvis (figure 2.10). En plus de ce rôle de charpente osseuse, les vertèbres sont les supports d’insertion des muscles et des fascias musculaires, et s’articulent enfin avec d’autres os. Les rameaux antérieurs des nerfs spinaux proviennent du dos et rejoignent, selon leur affectation, le thorax, l’abdomen ou le pelvis.

Membres

Les os du dos permettent l’insertion de nombreux groupes musculaires qui assurent l’ancrage des membres sur le tronc ainsi que les mouvements des membres supérieurs . Cela est moins vrai pour les membres inférieurs qui, eux, sont fermement reliés à la colonne vertébrale par les articulations entre les os du pelvis et le sacrum. Les membres supérieurs et inférieurs sont innervés par les rameaux antérieurs des nerfs spinaux provenant respectivement des niveaux cervical et lombosacral de la colonne vertébrale.

Une colonne vertébrale longue contenant une moelle spinale courte

Pendant le développement embryologique, la colonne vertébrale croît bien plus rapidement que la moelle spinale. Ainsi, en fin de croissance, la moelle spinale ne s’étend pas sur toute la longueur du canal vertébral (figure 2.11).

Figure 2.11 Canal vertébral, moelle spinale et nerfs spinaux.

Chez l’adulte, la moelle spinale se termine habituellement entre les vertèbres LI et LII, bien qu’elle puisse se terminer plus haut, au niveau de la vertèbre TXII, ou, plus bas, entre les vertèbres LII et LIII.

Les nerfs spinaux proviennent de la moelle spinale avec un angle d’émergence qui augmente progressivement de la vertèbre CI à Co. La racine nerveuse, avant de sortir par le foramen intervertébral, chemine dans le canal vertébral sur une distance de plus en plus grande de CI à Co. Ainsi, le niveau d’émergence de la racine depuis la moelle spinale est de plus en plus éloigné du niveau vertébral de sortie du canal. Ce phénomène est particulièrement marqué pour les racines lombales et sacrales.

Foramens intervertébraux et nerfs spinaux

Chacun des nerfs spinaux sort latéralement du canal vertébral, empruntant un foramen intervertébral (figure 2.12). Le foramen est constitué de la réunion des arcs vertébraux adjacents et se trouve en étroite relation avec les articulations intervertébrales :

Figure 2.12 Foramen intervertébral.

Toute situation pathologique responsable d’une occlusion ou d’une réduction du calibre du foramen intervertébral, telle qu’une hernie discale ou une luxation de l’articulation zygapophysaire (articulation entre les processus articulaires), peut léser le nerf spinal traversant ce foramen.

Innervation du dos

Les rameaux postérieurs des nerfs spinaux innervent les muscles intrinsèques ainsi que la peau du dos. Le territoire cutané couvert par ces rameaux postérieurs s’étend jusqu’à la région fessière des membres inférieurs et la partie postérieure de la tête. Les dermatomes innervés par les rameaux nerveux postérieurs spinaux sont représentés sur la figure 2.13.

Figure 2.13 Dermatomes innervés par les rameaux postérieurs des nerfs spinaux.

Vertèbres

Le squelette du dos comporte approximativement 33 vertèbres, regroupées en cinq groupes selon leur morphologie et leur localisation (figure 2.14) :

Figure 2.14 Vertèbres.

Figure 2.15 Radiographie de la colonne cervicale. A. Vue antéropostérieure. B. Vue de profil.

Figure 2.16 Radiographie de la colonne thoracique. A. Vue antéropostérieure. B. Vue de profil.

Figure 2.17 Radiographie de la colonne lombale. A. Vue antéropostérieure. B. Vue de profil.

Dans le développement de l’embryon, les vertèbres se constituent à partir de cellules appelées sclérotomes, provenant des somites adjacents (figure 2.18). Ainsi, chaque vertèbre est formée par la réunion de la portion crâniale des deux somites sous-jacents (un de chaque côté) et de la portion caudale des deux somites sus-jacents (un de chaque côté). Les nerfs spinaux apparaissent selon une distribution segmentaire et passent entre les vertèbres en cours de développement.

Figure 2.18 Développement embryonnaire des vertèbres.

Vertèbre typique

Une vertèbre typique est constituée d’un corps vertébral et d’un arc vertébral postérieur (figure 2.19). De cet arc vertébral se développent des processus qui reçoivent des attaches musculaires et s’articulent avec les pièces osseuses adjacentes.

Le corps vertébral est la partie de la vertèbre qui supporte le poids du corps. Ce corps vertébral est relié aux vertèbres adjacentes par des disques intervertébraux et des ligaments. La taille du corps vertébral augmente progressivement pour les vertèbres inférieures alors que le poids du corps à supporter va croissant.

L’arc vertébral forme les parties latérales et postérieure du foramen vertébral.

La superposition des foramens vertébraux (ou trous vertébraux) constitue le canal vertébral qui contient et protège la moelle spinale. À son extrémité supérieure, le canal vertébral est en continuité avec la cavité crânienne au travers du foramen magnum.

L’arc vertébral de chaque vertèbre est constitué des pédicules et des lames (figure 2.19) :

les deux pédicules sont deux piliers osseux ancrant l’arc vertébral sur la face postérieure du corps vertébral ;

les deux lames sont deux feuillets osseux prolongeant en arrière chacun des pédicules et se rejoignant en arrière sur la ligne médiane, formant ainsi le toit de l’arc vertébral.

Le processus épineux, depuis sa naissance à la réunion des deux lames, se projette vers l’arrière et vers le bas. Il est le siège d’insertions musculaires et ligamentaires.

Le processus transverse, depuis sa naissance à la réunion du pédicule et de la lame homolatérale, se projette latéralement et vers l’arrière. Au niveau les vertèbres thoraciques, il s’articule avec les côtes adjacentes.

Les processus articulaires inférieurs et supérieurs naissent également de la zone de réunion du pédicule et de la lame (figure 2.19). Ces processus s’articulent respectivement avec les processus articulaires supérieur et inférieur des vertèbres adjacentes.

Dans la zone de la vertèbre comprise entre le corps vertébral et la naissance du processus articulaire, chaque pédicule présente une échancrure concave sur son bord supérieur et inférieur, appelée incisure. Ces incisures vertébrales supérieure et inférieure délimitent les foramens intervertébraux.

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Vertèbre cervicale

Les sept vertèbres cervicales sont caractérisées par leur petite taille et par la présence d’un foramen perforant chacun des processus transverses. Une vertèbre cervicale typique présente les éléments suivants (figure 2.20A) :

le corps vertébral est court et de forme quadrangulaire en vue supérieure. Sa surface supérieure est concave et sa surface inférieure convexe ;

chaque processus transverse est perforé par un foramen transversaire;

le processus épineux est court et bifide ;

le foramen vertébral (ou trou vertébral) a une forme triangulaire.

Figure 2.20 Vertèbres régionales. A. Vertèbre cervicale typique. B. Atlas et axis. C. Vertèbre thoracique typique. D. Vertèbre lombale typique. E. Sacrum. F. Coccyx.

La première et la deuxième vertèbres cervicales – l’atlas et l’axis – ont une forme particulière leur permettant d’assurer les mouvements de la tête.

Atlas et axis

La vertèbre CI (l’atlas) s’articule avec la tête (figure 2.21). Sa principale caractéristique est qu’elle ne comporte pas de corps vertébral (figure 2.20B). En effet, le corps vertébral de CI fusionne avec le corps de CII pendant la période embryonnaire et devient le processus odontoïde de CII. En conséquence, il n’existe pas de disque entre CI et CII. Vu par sa face supérieure, l’atlas a une forme d’anneau et se compose de deux masses latérales reliées par un arc antérieur et un arc postérieur.

Figure 2.21 Radiographie montrant les vertèbres CI (atlas) et CII (axis) (bouche ouverte, vue antérosupérieure).

Chacune des masses latérales est articulée au-dessus avec un condyle occipital du crâne et au-dessous avec le processus articulaire supérieur de la vertèbre CII (l’axis). Les surfaces articulaires supérieures (foveæ articulaires crâniales) ont une forme de haricot, concaves vers le haut, alors que les surfaces articulaires inférieures (foveœ articulaires caudales) sont plates et presque circulaires.

L’articulation atlanto-occipitale permet à la tête d’avoir un mouvement de bascule vers l’avant et l’arrière par rapport à l’axe de la colonne vertébrale.

La surface postérieure de l’arc antérieur de l’atlas présente une surface articulaire pour la dent de l’axis qui provient du corps vertébral de l’axis. La position de la dent de l’axis est maintenue par le solide ligament transverse de l’atlas. Ce ligament passe en arrière de la dent de l’axis et s’étend entre les facettes articulaires ovales situées à la face médiale des masses latérales de l’atlas.

La dent de l’axis joue le rôle de pivot, permettant à l’atlas et à la tête les mouvements de rotation autour de l’axis.

Les processus transverses de l’atlas sont larges et plus développés latéralement par rapport aux processus transverses des autres vertèbres cervicales. Ils agissent comme des leviers pour les muscles, en particulier pour les muscles mobilisant la tête au niveau des articulations atlanto-axoïdiennes.

L’axis est caractérisé par la dent de l’axis (apophyse odontoïde), qui naît du corps vertébral et se développe vers le haut (figure 2.20B et figure 2.21). La face antérieure de la dent de l’axis présente une facette articulaire ovale s’articulant avec l’arc antérieur de l’atlas.

Les deux surfaces articulaires supérolatérales de la dent de l’axis présentent des empreintes circulaires recevant les attaches des ligaments alaires (ligaments occipito-odontoïdiens latéraux). Ces ligaments relient la dent de l’axis aux surfaces articulaires médiales des condyles occipitaux. Les ligaments alaires empêchent la rotation excessive de la tête et de l’atlas autour de l’axis.

Foramen intervertébral

Les foramens intervertébraux sont constitués de chaque côté par la réunion de deux vertèbres adjacentes et du disque intervertébral (figure 2.22). Les foramens permettent aux nerfs spinaux et aux vaisseaux d’entrer ou de sortir du canal vertébral.

Figure 2.22 Foramen intervertébral.

Un foramen intervertébral est constitué par la superposition de l’incisure vertébrale inférieure du pédicule de la vertèbre supérieure et de l’incisure vertébrale supérieure du pédicule de la vertèbre inférieure. Les limites du foramen sont :

Chaque foramen intervertébral représente un espace entouré de structures osseuses, ligamentaires et articulaires. Une quelconque modification pathologique de l’une de ces structures ou des muscles adjacents peut entraîner une atteinte des structures traversant le foramen.

Espaces situés entre les arcs vertébraux

Habituellement, les lames et les processus épineux des vertèbres adjacentes se superposent partiellement pour constituer un mur osseux postérieur presque continu protégeant le canal vertébral. Néanmoins, dans la région lombale, des interstices persistent entre les structures postérieures des arcs vertébraux adjacents (figure 2.23). Ces espaces entre lames et processus épineux s’élargissent progressivement de la vertèbre LI à la vertèbre LV. Ces espaces s’agrandissent encore lors de la flexion de la colonne. Ces espaces permettent un accès aisé au canal vertébral lors de gestes thérapeutiques.

Figure 2.23 Espaces entre les arcs vertébraux adjacents de la région lombale.

En clinique

Spina bifida

Le spina bifida est une entité pathologique dans laquelle les deux moitiés de l’arc vertébral postérieur n’ont pas fusionné au cours de leur développement. Il en résulte un canal vertébral « ouvert » (figure 2.24). On distingue deux types de spina bifida.

Figure 2.24 Imagerie par résonance magnétique (IRM), en séquence T1, coupe sagittale, montrant un myéloméningocèle lombosacral. Il n’existe pas de lames et de processus épineux au sein de la région lombosacrale.

Le type le plus fréquent est le spina bifida occulta caractérisé par un défaut de fermeture des arcs vertébraux de LV ouSI. Cette modification se produit chez près de 10 % des individus. Sa découverte est habituellement fortuite, bien que l’examen clinique puisse parfois découvrir une touffe de poils en regard du processus épineux bifide. Le patient est toujours asymptomatique.

La forme plus sévère de spina bifida se caractérise par un défaut complet de fermeture de l’arc vertébral postérieur à la jonction lombosacrale, s’accompagnant d’une importante hernie des méninges. Cette protrusion méningée peut contenir du liquide cérébrospinal (cas de la méningocèle) ou une partie de la moelle spinale (la myéloméningocèle). Ces anomalies s’accompagnent de déficits neurologiques variables dont des déficits moteurs et/ou vésicosphinctériens.

En clinique

Scoliose

Une scoliose est une incurvation latérale anormale de la colonne vertébrale (figure 2.25).

Figure 2.25 Radiographie montrant une scoliose thoracique.

Une véritable scoliose comporte, en plus de l’incurvation rachidienne, une rotation des vertèbres les unes par rapport aux autres.

La majorité des scolioses rencontrées en pratique clinique sont celles pour lesquelles la cause et le mode d’apparition restent inconnus ; on les appelle les scolioses idiopathiques. Ces scolioses ne sont jamais présentes à la naissance et se développent au cours des périodes infantile, juvénile ou de l’adolescence. Les corps vertébraux ainsi que les éléments postérieurs (pédicules et lames) sont normaux dans ces scolioses.

Lorsqu’une scoliose est présente à la naissance (scoliose congénitale), elle est souvent associée à d’autres anomalies. On retrouve notamment une forte association entre la scoliose et des anomalies (malformations) de la paroi thoracique, du tractus génito-urinaire ou de l’appareil cardiaque. Un bilan pluridisciplinaire est nécessaire chez ces patients.

La scoliose peut également être le reflet et la conséquence d’une pathologie neurologique centrale ou périphérique (scoliose neurologique) ; il en est ainsi chez les enfants atteints d’infirmité motrice cérébrale ou de poliomyélite.

Une entité rare mais importante de scoliose est celle regroupant les scolioses liées à une pathologie musculaire. La dystrophie musculaire en est le meilleur exemple. Les muscles pathologiques ne soutiennent pas la colonne et des courbures se constituent. Leur diagnostic repose sur la biopsie musculaire.

Enfin, d’autres pathologies telles que les tumeurs osseuses, les tumeurs de la moelle spinale ainsi que les protrusions discales peuvent donner une scoliose.

En clinique

Variabilité interindividuelle du nombre de vertèbres

La colonne vertébrale comporte habituellement sept vertèbres cervicales, bien que, dans certaines entités pathologiques, ces dernières puissent être fusionnées. La fusion de vertèbres cervicales (figure 2.26A) peut être associée à d’autres anomalies, comme dans le syndrome de Klippel-Feil qui associe des fusions des vertèbres CI et CII ou CV et CVI avec des anomalies cardiaques et une surélévation congénitale de la scapula (Spengel).

Figure 2.26 Variabilité du nombre de vertèbres. A. Corps vertébraux cervicaux fusionnés. B. Hémivertèbre.

Des variabilités dans le nombre de vertèbres thoraciques sont également décrites. L’une des anomalies les plus fréquentes impliquant les vertèbres lombales est la fusion partielle de LV avec le sacrum (sacralisation de la vertèbre lombale). La séparation partielle de la vertèbre SI du reste du sacrum (lombalisation de SI) est également possible (figure 2.26B).

Il n’existe pas de corrélation entre le nombre de vertèbres et l’apparition de douleurs rachidiennes.

Les chirurgiens, les radiologues ainsi que les généralistes doivent être capables de définir précisément les niveaux vertébraux pour éviter les erreurs d’interprétation ou de niveau.

Une hémivertèbre est une vertèbre incomplète, développée sur un seul côté de la ligne médiane (figure 2.26B).

En clinique

Vertèbres et cancer

Les métastases osseuses se développent fréquemment sur les vertèbres. Lorsque les cellules tumorales prolifèrent au sein du corps vertébral ou du segment postérieur de la vertèbre, les propriétés mécaniques de cette dernière diminuent. Une atteinte, même partielle, peut être responsable de l’affaissement de la vertèbre. De plus, une volumineuse métastase vertébrale peut être à l’origine de l’expulsion de matériel tumoral dans le canal vertébral et de la compression des éléments nerveux, notamment de la moelle spinale.

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