Biomécanique de la hanche
Rédacteur original – Ewa Jaraczewska d’après le cours de Rina Pandya
Principales collaboratrices – Ewa Jaraczewska, Jess Bell, Rucha Gadgil, Lucinda Hampton et Kim Jackson
Introduction(edit | edit source)
Biomécanique, mécanique du mouvement.
« La biomécanique est tout simplement la physique (mécanique) du mouvement présenté ou produit par des systèmes biologiques. Plus précisément, la biomécanique est un domaine d’étude hautement intégré qui examine les forces agissant sur et dans un corps ainsi que celles produites par un corps ».(1)
Lorsqu’on aborde la biomécanique de l’articulation de la hanche, il faut tenir compte de la façon dont les os, les ligaments et les muscles transfèrent le poids du corps du squelette axial au membre inférieur(2).
La charge statique ( éditer | modifier la source )
Modèle de Koch ( edit | edit source )
Moyen fessier
Koch a été le premier à introduire un modèle statique de la biomécanique de la hanche. Selon sa théorie, le bras de levier du corps et le bras de levier des muscles abducteurs ont un rapport de 2:1. Cela signifie que dans la position debout sur une jambe, le moyen fessier doit générer deux fois la force du poids du corps pour maintenir l’équilibre et empêcher le corps de pencher du côté non soutenu. Dans ce modèle, le moyen fessier est le seul muscle qui offre une résistance aux charges exercées sur le fémur. Koch a proposé que le moyen fessier traduit ces charges en charges de traction sur la face externe du fémur en dessous de l’attache du moyen fessier et en charges de compression sur la face externe du tiers distal du fémur. Il a été noté, cependant, que la déclaration originale de Koch n’expliquait pas bien comment la charge de traction était convertie en une charge de compression dans la partie distale du fémur.(3)
Le soutien bilatéral en position debout sur les deux jambes ( éditer | source d’édition )
Le centre de gravité du corps est influencé par la structure corporelle, la posture, l’âge et le sexe. Les bébés ont le centre de gravité le plus haut, suivis des enfants, puis des adultes. Une gymnaste peut avoir un centre de gravité plus haut qu’un footballeur en raison des différences dans le développement musculaire.
Chez les nouveau-nés et jusqu’à l’âge de quatre ans, l’angle du col du fémur est d’environ 160 à 165 degrés. (4) La posture debout continue à réduire cet angle jusqu’à atteindre un angle de 130 à 135 degrés. Cela reste ensuite inchangé tout au long du processus de développement du corps et de la croissance osseuse, malgré le temps que l’humain passe en position debout et le fait que la masse corporelle continue d’augmenter.(5)
Le centre de gravité du corps est affecté par la structure du corps, la posture, l’âge et le sexe et n’est pas toujours situé à l’intérieur du corps. (6)Par exemple, il peut se déplacer à l’extérieur du corps, comme lorsqu’une personne touche ses pieds avec ses mains. En position debout sur les deux membres, le centre de gravité est situé entre les deux hanches, une force égale étant exercée sur les deux hanches. Chez l’adulte, le centre de gravité du corps est situé à environ un centimètre en avant du premier segment sacré.(5) La gravité s’exerce sur les membres inférieurs selon un axe vertical. Dans ces conditions de mise encharge, le poids du corps moins le poids des deux jambes est supporté de manière égale sur les têtes fémorales.(5)
Le tissu osseux répond à diverses demandes, y compris celles influencées par l’environnement. Des réponses spécifiques incluent le développement d’un os hypertrophique ou atrophique ou une altération de la qualité de l’os dans les zones de compression (os cortical) ou de traction (os spongieux).(5)
La stabilité des articulations des membres inférieurs dépend de :(5)
- La géométrie articulaire : stabilité de la hanche, du genou et de la cheville
- L’ntégrité des tissus mous : stabilité des éléments dynamiques (muscle, tendon, fascia) et statiques (ligaments). En réponse aux demandes, les structures dynamiques ajustent leur longueur. Les structures statiques seront tendues en extension d’un côté et, corrélativement, tendues en flexion de l’autre côté.(5)
- Les ligaments capsulaires de l’articulation de la hanche sont essentiels pour maintenir un équilibre entre la mobilité et la stabilité de l’articulation.(8)
La position debout sur une jambe ( éditer | source d’édition )
Modèles statique et dynamique de la production de force de l’abducteur de la hanche (d’après Warrener AG et al.)
Lors de la phase d’appui sur une jambe, les phénomènes suivants se produisent : (9)
- Le centre de gravité se déplace distalement et s’éloigne de la jambe d’appui.
- La jambe non porteuse devient une partie de la masse corporelle qui agit sur la hanche porteuse.
- La force descendante exerce un mouvement de rotation autour du centre de la tête fémorale.
- Les abducteurs, comprenant les fibres supérieures du grand fessier, le tenseur du fascia lata, le moyen et le petit fessier, le pyramidal et l’obturateur interne, compensent l’action des muscles qui résistent à la rotation de la tête fémorale. Cela crée un moment autour du centre de la tête fémorale.
- Le bras de levier des abducteurs est plus court que le bras de levier du poids du corps. Par conséquent, la force combinée des abducteurs doit être un multiple du poids du corps (généralement trois fois le poids du corps), ce qui correspond à un rapport de levier de 2,5.
Des forces de la hanche plus importantes sont nécessaires pour les personnes qui ont un bassin large et un col du fémur court. Ces personnes ont un rapport bras de levier plus important, et ont donc besoin d’une plus grande force du muscle abducteur. Ces personnes ont tendance à présenter un risque élevé de pathologies de la hanche, notamment d’arthrose. (5) Cependant, une étude de Warrener et al. (10) a montré que la largeur du bassin ne permet pas de prédire la mécanique des abducteurs de la hanche ou le coût locomoteur, que ce soit chez les femmes ou chez les hommes.
Exemples de postures qui indiquent une augmentation du bras de levier et une diminution de la force d’abduction de la hanche : (9)
- En position couchée, les jambes « tombent » vers l’extérieur
- En position assise avec les chevilles croisées, le gros abdomen d’un patient force les hanches en abduction et en rotation externe, « écartant » les genoux
Les forces conjointes à la hanche ( éditer | source d’édition )
Les charges moyennes sur l’articulation de la hanche mesurées chez des sujets ayant subi une prothèse totale de la hanche étaient les suivantes :
- À la marche à environ 4 km/h : 238% du poids corporel (PC) (160 à 330% PC)(11)(12)
- Descente d’escalier : 108% à 260% PC(13)
- Montée des marches : 251%PC(12)
- Au lever d’une chaise et à la flexion : 40% PC(13)
- Debout : 32% PC
- En appui sur une jambe : 230 à 290% PC (11)
Remarque: « Les trébuchements ou les périodes d’instabilité pendant l’appui sur une jambe peuvent générer des forces résultantes supérieures à huit fois le poids du corps. »(14)
Les chiffres ci-dessus indiquent que le stress le plus élevé sur l’articulation de la hanche se produit pendant la marche et la descente des escaliers. Le développement d’une pathologie de la hanche, par exemple l’arthrose, peut être prédite lorsque ces activités sont effectuées de manière répétitive et/ou dans des conditions déficientes. (13)
Modèle dynamique de la biomécanique de la hanche ( éditer | source d’édition )
Selon Koch, (3) afin de maintenir la stabilité de la hanche, le moyen fessier doit générer deux fois la force du poids du corps lorsqu’en position sur une seule jambe. Cependant, sur la base de différentes données relatives à la dynamique de la hanche et d’un modèle complet de stabilité, il a été conclu que la bandelette iliotibiale joue un rôle important dans le maintien de la stabilité de la hanche. Les observations suivantes appuient cette théorie :(5)
- La bandelette ilio-tibiale sert de bande de tension pour soulager la demande métabolique et réduire l’activité électrique du moyen fessier pendant la phase d’appui intermédière de la marche.(15)
- Les patients amputés sous le genou présentent une fonction compromise de la bandelette ilio-tibiale en tant que stabilisateur de l’articulation de la hanche en raison de la perte de son attache distale. (5)
Pertinence clinique ( éditer | source d’édition )
La hanche douloureuse ( éditer | source d’édition )
Utiliser correctement une canne réduit les douleurs à la hanche
La prise en charge d’une douleur de la hanche doit inclure une réduction de la force de réaction de l’articulation. Cela peut se faire de la manière suivante :
- Réduction de la masse corporelle
- Augmentation de la force de l’abducteur
- Diminuer le bras de levier en rapprochant le centre de gravité du centre de la tête fémorale avec :
- Boiterie(démarche antalgique)
- L’utilisation d’une canne dans la main opposée – lorsque environ 15 % du poids du corps est appliqué sur la canne, cela réduit la force de réaction de l’articulation de 50 %. (16)
Lorsqu’une personne utilise une canne comme appui, la force de réaction de l’articulation est réduite car « la force de réaction canne-sol agit à une distance beaucoup plus grande du centre de la hanche que les muscles abducteurs ».(16) Même lorsqu’une petite mise en charge est prise par la canne, le patient est capable de réduire la demande des muscles abducteurs pour maintenir la stabilité de l’articulation pendant la marche. (16)
Monter des escaliers ( éditer | source d’édition )
Lors de la montée des escaliers, les patients souffrant d’arthrose démontrent :(17)(18)
- Une amplitude limitée du mouvement de la hanche dans les trois plans : sagittal, transversal et frontal.
- Un moment maximal de rotation externe de la hanche inférieure au normal
En descendant les escaliers, ces patients démontrent :
- Une augmentation de l’appui sur le tronc ipsilatéral
- Une réduction de l’amplitude du mouvement dans le plan sagittal
- Un moment d’extension externe maximal inférieur au normal
- Un moment de rotation externe de pointe inférieur au normal
- Un moment d’adduction de la hanche plus élevé que normal
- Une impulsion du moment d’adduction de la hanche plus élevée que normal
- Un moment d’impulsion de rotation interne plus élevé que normal (17)
L’approche physiothérapeutique visant à améliorer la montée et la descente des escaliers pour les personnes souffrant d’arthrose peut inclure les éléments suivants :
- Le TENS comme option pour réduire la douleur liée à l’arthrose du genou à un stade précoce(19)
- L’entraînement en résistance pour améliorer la masse musculaire de la hanche. On a constaté une corrélation positive avec les performances lors de la montée d’escaliers et celles du lever de chaise.(20)
- La prescription d’un entraînement en endurance pour les patients souffrant d’une arthrose modérée à sévère de la hanche. Cela peut améliorer la capacité d’endurance des extenseurs du genou, qui jouent un rôle important dans la vie quotidienne. (21)
Amputation des membres inférieurs ( éditer | source d’édition )
Amputation au-dessus du genou
Les patients amputés au-dessus du genou présentent un schéma de marche de Trendelenburg positif malgré des abducteurs de hanches intacts. Cependant, dans ce groupe de patients, le moyen fessier n’est pas en mesure d’assurer une stabilité adéquate de la hanche pendant la marche en raison de la perte de l’action de la bandelette iliotibiale qui assure une stabilité articulaire supplémentaire.(22)
Le traitement peut inclure la technique chirurgicale de ténodèse de la bandelette iliotibiale et des structures latérales des tissus mous jusqu’au fémur distal.(5)
Ressources (dans la langue originale)(edit | edit source)
- Zaghloul A, Elalfy MM. Hip Joint: Embryology, Anatomy and Biomechanics. Biomed J Sci & Tech Res, 2018 12(3).
- Hip Biomechanics https://www.orthobullets.com/recon/9064/hip-biomechanics
Références(edit | edit source)
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