Anatomie de la colonne vertébrale

La colonne vertébrale est aussi appelée épine dorsale ou rachis, elle est constituée de 32 vertèbres divisées par des disques fibro-cartilagineux.

Elle est composée par cinq zones : cervicale, thoracique, lombaire, sacrée et coccygienne. Les vertèbres cervicales sont composées par de petits corps, les lombaires et les sacrées sont beaucoup plus grandes, car le poids du corps devient plus lourd dans les vertèbres inférieures.

Au niveau sagittal, l’épine dorsale a 4 courbures : 2 cyphoses et 2 lordoses.

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la colonne vertébrale vue en face, latéralement et postérieurement.
© Sebastian Kaulitzki – Fotolia.com

La lordose se trouve au niveau cervical et au niveau lombaire et c’est une courbure avec la concavité vers l’arrière.
La lordose cervicale est moins accentuée par rapport à celle lombaire.
La cyphose est le contraire de la lordose, elle se trouve dans la colonne thoracique et sacrée qui comprend aussi le coccyx : la cyphose est plus accentuée que la colonne thoracique. Le rachis a une forme similaire à deux « s » en colonne :

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Vertèbre vue de dessus

Si une courbure sur le plan frontal est accentuée, c’est une scoliose, c’est-à-dire une déviation permanente latérale et rotatoire de la colonne vertébrale. Une scoliose peut toucher tous les tractus de l’épine dorsale : cervical, dorsal ou lombaire et peut provoquer un mal de dos ou des douleurs au cou.

Une charge non homogène comportera une pression plus grande sur la partie où la vertèbre est inclinée latéralement. La conséquence est une plus grande usure du cartilage articulaire qui est typique de l’arthrose.
Les vertèbres du rachis s’étendent de haut en bas car celles inférieures doivent soutenir un poids majeur, à l’inverse les coccygiennes ne doivent pas soutenir de charges car elle sont petites.

Les vertèbres sont composées à l’avant par un corps et à l’arrière par l’arc vertébral.

Il y a sept processus qui partent de l’arc :

  • deux supérieurs et deux inférieurs qui composent l’articulation entre les vertèbres ;
  • deux transverses et un épineux qui constituent l’origine ou l’insertion des muscles dorsaux.
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Vertèbre vue postérieurement

De nombreux muscles et ligaments maintiennent fermement la colonne.

Pour maintenir unis les corps, il y a le ligament longitudinal antérieur et celui postérieur, à l’inverse pour l’arc vertébral et les processus postérieurs il y a le ligament jaune, l’inter-épineux, le supra-épineux, l’inter-transversaire et les ligaments inter-apophysaires.

 

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Vertèbre vue de dessus et latéralement.

Biomécanique de la colonne vertébrale

La colonne vertébrale a trois fonctions principales.
La première est de protéger la moelle épinière située à l’intérieur du foramen vertébral et entourée par des ligaments très résistants.
La deuxième fonction est de soutenir la plupart du poids du corps et maintenir la position debout.
La troisième fonction est d’atténuer des traumatismes et des microtraumatismes internes ou externes que la colonne vertébrale diffuse dans l’articulation sacro-iliaque ou propage dans les membres supérieurs, dans la tête et dans le buste. Ceci sert à défendre les structures viscérales qu’elle protège.

Le rachis a 4 courbures physiologiques sur le plan sagittal :

  • Lordose cervicale et lombaire (convexité vers l’avant) ;
  • Cyphose (convexité vers l’arrière) dorsale et sacro-coccygienne.
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Colonne vertébrale vue latérale

Une colonne avec des courbures peut soutenir une plus grande pression, plus précisément, on multiplie le poids qu’un rachis mis en position droite pourrait soutenir par le carré du nombre des courbures plus une unité. Dans le cas du rachis on a : 3*3+1=10, donc il peut résister à un poids dix fois supérieur par rapport à une colonne vertébrale droite.
L’os est composé par une partie corticale (compacte) et par une partie trabéculaire, qui est présente surtout dans des os comme le talon et les vertèbres, lesquelles sont composées par des lamelles verticales et horizontales. Sur la base de l’orientation de cette armature on a une résistance plus grande dans certaines directions par rapport aux autres selon des lignes de force, par exemple les trabécules disposées verticalement soutiennent le poids du corps en position debout.
Dans les vertèbres, cette orientation comporte une solidité moins grande dans la partie antérieure, avec un risque de fractures beaucoup plus élevé par rapport aux autres. Fonctionnellement, on considère la colonne vertébrale comme un trépied avec une surface d’appui avant au niveau du corps et deux surfaces d’appui arrière au niveau des processus inférieurs.
Le corps vertébral, dans la partie antérieure du rachis, soutient presque complètement le poids du corps, à l’inverse, les processus postérieurs régulent les mouvements.

 

Mobilité des articulations

Les articulations vertébrales peuvent se diviser en 2 types :

  • parmi les corps il y a des symphyses qui ont une mobilité limitée dans chaque direction ;
  • parmi les processus inférieurs et supérieurs des vertèbres adjacentes, il y a les arthrodies qui sont responsables de la mobilité de la colonne.

Les mouvements possibles sont la flexion-extension, l’inclination latérale et la rotation. L’amplitude articulaire maximale du tronc est :

  • 75/80° en flexion ;
  • 25/30° en extension ;
  • 30/35° en inclination latérale ;
  • 40/45° en rotation.

Au niveau cervical la mobilité est plus grande par rapport aux autres tractus, en effet ici les mouvements peuvent arriver à :

  • 50° en flexion ;
  • 45° en extension ;
  • 45° en inclination latérale ;
  • 65° en rotation.

La flexion-extension est un mouvement qui se fait sur le plan sagittal et sur l’axe transverse. Pendant l’extension l’espace du foramen intervertébral se réduit, et vice-versa dans la flexion.
Ce mouvement est effectué presque entièrement par la partie cervicale et lombaire, par contre le tractus thoracique est dans l’impossibilité de le faire surtout à cause des articulations avec les côtes et dans une moindre mesure à cause d’une épaisseur réduite du disque par rapport aux corps vertébraux.
Sur le tractus lombaire l’amplitude articulaire lombaire est de 60° en flexion et 45° en extension.

Inclination latérale
Le mouvement se produit sur le plan frontal et sur l’axe sagittal du corps, il est limité en cas de scoliose.

Rotation
La rotation se fait sur le plan transverse et sur l’axe longitudinal.

 

Anatomie des vertèbres cervicales

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Vertèbres cervicales, vue frontale, latérale et postérieure
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Dans le tractus cervical, thoracique et lombaire, les vertèbres sont composées par un corps et 7 processus.
Dans chaque groupe la forme et les dimensions des os sont différentes des autres.
Une vertèbre cervicale typique est petite et a un foramen central très vaste.
Les processus transverses se trouvent dans la partie latérale, ils ont chacun un foramen qui s’appelle foramen transversaire, de là, passent l’artère et la veine vertébrale.
La 7ème vertèbre cervicale est dite proéminente, elle n’a pas de foramen pour l’artère cervicale et a un processus épineux très long et non bifide, en plus cette vertèbre ressort beaucoup à l’extérieur.

Les vertèbres cervicales ont des caractéristiques singulières, la première s’appelle Atlas et la deuxième Axis.
L’Atlas n’a pas de corps mais deux arcs, l’un normal et l’autre où habituellement se trouve le corps ; ils s’appellent arc antérieur et postérieur. Dans cette vertèbre il n’y a pas de processus épineux. Dans l’atlas il y a un grand foramen vertébral rempli en partie par l’articulation avec la deuxième vertèbre.
La deuxième vertèbre s’appelle axis, au-dessus du corps, elle a une saillie dite Dent de l’Axis.
Elle présente le début d’un processus épineux bifide. La dent de l’Axis est très longue, surmonte l’Atlas et arrive au niveau du grand foramen occipital. Si elle fracturée en cas de coups du lapin violents, elle peut toucher la moelle et provoquer la mort.
Une mort par pendaison est causée par une rupture de la Dent de l’Axis. En cas de grandes fractures, il est important de ne pas bouger le cou car la dent de l’axis apparait dans le grand foramen occipital et peut comprimer le tronc cérébral et le bulbe rachidien où se trouvent les centres respiratoires. La destruction de cette partie du cerveau provoque la mort car  c’est là où se trouvent les centres vitaux.
La colonne vertébrale est reliée à la base du crâne à travers l’Atlas, en correspondance des facettes articulaires, aux côtés du grand foramen de l’os occipital. L’articulation s’appelle Atlanto-Occipitale et permet seulement des mouvements de flexion-extension. Le mouvement de la rotation de la tête se produit à l’inverse au niveau de l’articulation entre l’Atlas et l’Axis.

Les vertèbres thoraciques 

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Vertèbres thoraciques, vue frontale, latérale et postérieure
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Les vertèbres thoraciques ont un corps plus grand que celui des cervicales, mais ces dernières ont un diamètre transverse majeur. En descendant vers les vertèbres lombaires le processus épineux est toujours plus incliné et non bifide.
Les processus transverses présentent une facette articulaire. La première vertèbre thoracique présente une seule facette costale sur le corps, de la deuxième à la dixième il y a deux demi-facettes, car les côtes s’articulent avec la vertèbre correspondante et avec celle précédente.
Le foramen vertébral est plus petit par rapport à celui des vertèbres cervicales et a une forme similaire à un pentagone. Le processus transverse des vertèbres thoraciques permet aux côtes de se lever, avec une contraction des muscles intercostaux. La tête de la côte s’articule avec deux vertèbres sauf la première, l’onzième et la douzième vertèbre. Les autres s’articulent avec la côte du numéro correspondant.

Les vertèbres lombaires

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Vertèbres lombaires
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Les vertèbres lombaires sont au nombre de cinq. Elles ont un grand corps et un foramen vertébral très petit par rapport au corps et un grand processus épineux en forme de quadrilatère.
Le foramen vertébral est plus large que celui des vertèbres thoraciques mais plus petit que celui des cervicales et il a une forme similaire à un triangle.
Les facettes articulaires supérieures ont une surface concave, contrairement à celles inférieures qui sont de forme convexe.
Les processus articulaires supérieurs regardent vers l’avant et ceux inférieurs vers l’arrière, c’est le contraire pour ceux thoraciques.
La cinquième vertèbre lombaire a des différences par rapport aux quatre autres, sur le plan sagittal elle a une forme similaire à un trapèze rectangulaire avec le côté le plus petit vers le processus épineux. En plus, les processus transverses et les facettes articulaires inférieures sont dans une position plus latérale par rapport aux autres vertèbres.

Sacrum 

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acrum, vue frontale, latérale et postérieure
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Il se trouve entre le tractus lombaire et celui coccygien et a une forme similaire à une pyramide renversée. Il est composé par les corps de 5 vertèbres unies sans interposition des disques intervertébraux. Latéralement, les processus transverses ont fusionné entre eux en formant des saillies appelées ailes. Les foramens intervertébraux sont dits foramens sacraux : il y a quatre foramens antérieurs et quatre postérieurs pour chaque côté, de là, sortent les nerfs spinaux.
Le sacrum présente sur ses côtés une surface articulaire appelée facette auriculaire car elle a une forme qui rappelle une oreille. Cette facette s’articule avec une autre assez fine qui se trouve dans l’os de la hanche en formant l’articulation sacro-iliaque. Le sacrum s’articule inférieurement avec le coccyx.

Le disque intervertébral 

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Disque intervertébral racine nerveuse vertèbre cervicale
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C’est un coussin fibro-cartilagineux, situé entre le corps d’une vertèbre et la vertèbre sous-jacente.
Il se trouve parmi les vertèbres du tractus cervical, dorsal et lombaire mais il n’est pas présent au niveau sacré ou coccygien. Sa forme est presque identique à celle des corps qu’il sépare, en effet il s’adapte bien aux contours de ces corps. Les vertèbres ont une hauteur presque identique antérieurement et postérieurement, sauf celles thoraciques qui présentent une plus grande hauteur dans la partie postérieure.
Les disques sont plus hauts antérieurement dans la partie dorsale et cervicale, et vice-versa dans le tractus thoracique, c’est pour cette raison que le rachis a sa forme caractéristique avec les trois courbes physiologiques.
Les disques intervertébraux augmentent progressivement leur épaisseur en allant de la zone cervicale à celle lombaire. Le rapport de proportionnalité entre la hauteur des disques et celle des corps est le plus grand parmi les vertèbres cervicales, au contraire il est le plus petit parmi les vertèbres thoraciques. Dans les tractus où le disque a une épaisseur majeure par rapport au corps, l’amplitude articulaire du rachis est supérieure.
Le disque est composé par des fibres de collagène, des fibres cartilagineuses et conjonctives, il ne contient pas de vaisseaux sanguins ou de terminaisons nerveuses.
Il a une fonction d’amortisseur pour atténuer les pressions auxquelles la colonne est soumise pendant la journée, pressions qui proviennent autant du bas que du haut.
Le disque est composé par deux structures concentriques :

  • La partie interne est appelée noyau pulpeux, elle est de consistance gélatineuse, et est constituée principalement par des mucopolysaccharides hydrophiles et par de l’eau ;
  • La partie externe est l’Anneau Fibreux, c’est-à-dire une capsule externe solide et raide, dont les fibres sont obliques et disposées dans des faisceaux concentriques avec des directions opposées. Cette structure sert à distribuer de façon équilibrée, les forces exercées sur la colonne.

La plupart de la pression du disque se décharge sur le noyau pulpeux. Pendant la journée, quand on est debout ou assis, le poids de la partie supérieure du corps repose sur les vertèbres, mais aussi sur les disques, par conséquent on a un déplacement d’une partie de l’eau contenue dans le noyau pulpeux vers le corps vertébral. La hauteur du corps est en effet inférieure le soir d’environ 1-1,5 centimètres par rapport au matin. Le noyau pulpeux ne se trouve pas exactement au centre de l’Anneau, mais il est un peu déplacé vers la partie postérieure, c’est-à-dire l’arc vertébral.

Quand on fait des mouvements de flexion-extension ou d’inclination latérale du rachis, le disque se resserre dans la partie où le dos se déplace. En vieillissant, le disque dégénère, le noyau pulpeux se déshydrate en faisant reposer un poids majeur sur l’Anneau qui peut donc s’abîmer. Ceci comporte une élasticité moins grande et une diminution de la hauteur. La vie sédentaire, l’obésité et les mauvaises habitudes d’hygiène posturale favorisent une déshydratation des disques. Dans ces conditions un mouvement brusque du dos peut provoquer une fuite du noyau pulpeux en dehors de l’Anneau, c’est-à-dire une hernie.
Une protrusion du noyau pulpeux qui presse sur la moelle ou sur les racines des nerfs spinaux est considérée comme une cause de lombalgie, même si la plupart des sujets qui ont une hernie discale ne se plaignent pas d’un mal de dos ou de lombosciatalgie.

La Moelle Épinière

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Moelle épinière vue de dessus
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C’est un faisceau de nerfs qui, avec l’encéphale, qui forme le système nerveux central. Elle part du cerveau et plus précisément du bulbe et se termine en formant le cône médullaire au niveau L2.
La moelle épinière a une forme presque conique et elle est insérée et protégée par le foramen vertébral qui est le canal compris entre le corps et l’arc vertébral. La protection de la moelle épinière est donnée principalement par le liquide cérébro-spinal et par les méninges, c’est-à-dire une couche triple de membranes : la dure-mère (la plus externe), l’arachnoïde et la pie-mère (la plus interne).
Les neurones sont une unité fonctionnelle du système nerveux et composent la substance grise de la moelle épinière qui sur le plan transverse a une forme similaire à un « H ». À l’extérieur de cette substance grise, on trouve la substance blanche, composée par des faisceaux de nerfs ascendants et descendants : les premiers donnent des informations de type sensitif, les deuxièmes donnent des commandes motrices aux muscles.
Les racines postérieures sont sensitives, par contre les racines antérieures sont motrices.
Dans la partie latérale de l’épine dorsale, dans l’espace compris parmi les pédoncules de deux vertèbres adjacentes, il y a des foramens de conjugaison, traversés par les nerfs spinaux. Les racines nerveuses spinales, antérieure et postérieure, sortent de la moelle. Après avoir traversé le foramen de conjugaison, elles s’unissent en un seul nerf spinal qui innervera les viscères et l’appareil locomoteur.