Biomécanique de la hanche

Rédacteur original – Ewa Jaraczewska d’après le cours de Rina Pandya

Contributeurs principauxEwa Jaraczewska, Jess Bell et Rucha Gadgil

Introduction(edit | edit source)

« 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 )

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 )

Chez les nouveau-nés et jusqu’à l’âge de quatre ans, l’angle col-diaphyse du fémur a une valeur d’environ 160-165 degrés. (4) La posture debout continue à réduire cet angle jusqu’à ce qu’il atteigne un angle de 130-135 degrés. Elle reste ensuite inchangée tout au long du processus de développement du corps et de la croissance osseuse, malgré le temps que les humains passent en position verticale et le fait que la masse corporelle continue d’augmenter.(5)

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. Le centre de gravité du corps est situé à un centimètre en avant du premier segment du sacrum. (5) La gravité affecte les extrémités inférieures dans le sens 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)

(6)

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 de l’articulation 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)

Modèles statique et dynamique de la production de force de l’abducteur de la hanche (d’après Warrener AG et al.)

La position debout sur une jambe ( éditer | source d’édition )

En tenue sur une seule jambe, les phénomènes suivants se produisent : (7)

  • Le centre de gravité se déplace vers le bas 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. (8) 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 : (7)

  • 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) (9)(10)
  • Descente d’escalier : 108% à 260% PC(11)
  • Montée des marches : 251%PC(10)
  • Au lever d’une chaise et à la flexion : 40% PC(11)
  • Debout : 32% PC
  • En appui sur une jambe : 230 à 290% PC (9)

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 ».(12)

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. (11)

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 confirment cette théorie : (5)

  • Le moyen fessier est moins actif lors de la phase d’appui intermédiaire de la marche.
  • 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.
  • 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 )

Bigstock-Senior-woman-using-a-cane-225325693.jpeg

La hanche douloureuse ( éditer | source d’édition )

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 :
    • Une boiterie
    • 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 %.(13)

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 ».(13) 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.(13)

Monter des escaliers ( éditer | source d’édition )

Lors de la montée des escaliers, les patients souffrant d’arthrose démontrent :(14)

  • 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(14)

L’approche physiothérapeutique visant à améliorer la négociation des escaliers pour les personnes souffrant d’arthrose peut inclure les éléments suivants :

  • Le TENS comme option pour réduire la charge liée à l’arthrose du genou à un stade précoce(15)
  • L’entraînement en résistance pour améliorer la masse musculaire de la hanche. On a constaté une corrélation positive avec les performances dans la montée des escaliers et la station debout sur une chaise.(16)
  • La prescription d’un entraînement en endurance pour les patients souffrant d’une arthrose modérée à sévère de la hanche. Il peut améliorer la capacité d’endurance des extenseurs du genou, qui jouent un rôle important dans la vie quotidienne.(17)

Amputation des membres inférieurs ( éditer | source d’édition )

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.

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(edit | edit source)

  1. Zaghloul A, Elalfy MM. Hip Joint: Embryology, Anatomy and Biomechanics. Biomed J Sci & Tech Res, 2018 12(3).
  2. Hip Biomechanics https://www.orthobullets.com/recon/9064/hip-biomechanics

Références(edit | edit source)

  1. McLester J, Pierre PS. Applied Biomechanics. Jones & Bartlett Learning; 2019 Mar 8.
  2. Van Houcke J, Khanduja V, Pattyn C, Audenaert E. The history of biomechanics in total hip arthroplasty. Indian Journal of Orthopaedics. 2017 Aug;51(4):359-67.
  3. 3.0 3.1 Fetto J, Leali A, Moroz A. Evolution of the Koch model of the biomechanics of the hip: a clinical perspective. J Orthop Sci. 2002;7(6):724-30.
  4. Feger J. Femoral neck-shaft angle. Reference article, Radiopaedia.org. (accessed on 07 Mar 2022) https://doi.org/10.53347/rID-81120
  5. 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 Fetto JF. A dynamic model of hip joint biomechanics: The contribution of soft tissues. Advances in Orthopedics. 2019 Jun 4;2019.
  6. Mock FRCS Cardiff. Free body diagram hip. 2016. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=H0SoMQ_L7-k (last accessed 27/02/2022)
  7. 7.0 7.1 Pandya R. Biomechanics of the Hip Course. Physioplus. 2022.
  8. Warrener AG, Lewton KL, Pontzer H, Lieberman DE. A wider pelvis does not increase locomotor cost in humans, with implications for the evolution of childbirth. PLoS One. 2015 Mar 11;10(3):e0118903.
  9. 9.0 9.1 Rydell NW. Forces acting on the femoral head prosthesis. A study on strain gauge supplied prostheses in living persons. Acta Orthop Scand. 1966;37:Suppl 88:1-132.
  10. 10.0 10.1 Bergmann G, Deuretzbacher G, Heller M, Graichen F, Rohlmann A, Strauss J, Duda GN. Hip contact forces and gait patterns from routine activities. J Biomech. 2001 Jul;34(7):859-71.
  11. 11.0 11.1 11.2 Luepongsak N, Amin S, Krebs DE, McGibbon CA, Felson D. The contribution of type of daily activity to loading across the hip and knee joints in the elderly. Osteoarthritis Cartilage. 2002 May;10(5):353-9.
  12. Bergmann G, Deuretzbacher G, Heller M, Graichen F, Rohlmann A, Strauss J, Duda GN. Hip contact forces and gait patterns from routine activities. J Biomech. 2001 Jul;34(7):859-71.
  13. 13.0 13.1 13.2 Lim LA, Carmichael SW, Cabanela ME. Biomechanics of total hip arthroplasty. The Anatomical Record: An Official Publication of the American Association of Anatomists. 1999 Jun 15;257(3):110-6.
  14. 14.0 14.1 Hall M, Wrigley TV, Kean CO, Metcalf BR, Bennell KL. Hip biomechanics during stair ascent and descent in people with and without hip osteoarthritis. Journal of Orthopaedic Research. 2017 Jul;35(7):1505-14.
  15. Iijima H, Eguchi R, Shimoura K, Yamada K, Aoyama T, Takahashi M. Transcutaneous electrical nerve stimulation improves stair climbing capacity in people with knee osteoarthritis. Scientific reports. 2020 Apr 29;10(1):1-9.
  16. Bieler T, Kristensen AL, Nyberg M, Magnusson SP, Kjaer M, Beyer N. Exercise in patients with hip osteoarthritis–effects on muscle and functional performance: A randomized trial. Physiotherapy Theory and Practice. 2021 May 8:1-2.
  17. Burgess LC, Taylor P, Wainwright TW, Swain ID. Strength and endurance deficits in adults with moderate-to-severe hip osteoarthritis, compared to healthy, older adults. Disability and Rehabilitation. 2021 Jun 20:1-8.


Développement professionnel dans votre langue

Rejoignez notre communauté internationale et participez à des cours en ligne pour tous les professionnels en réadaptation.

Voir les cours disponibles