Ann. Kinésithér., 1989, t. 16, nO 1-2, pp. 1-7© Masson, Paris, 1989

MÉMOIRE

Les rapports anatomiques du point d'application de la massedu segment corporel supporté par chaque étage vertébral

G. DUV AL-BEAUPÈRE (1), G. ROBAIN (2)(1) Directeur de recherche, (2) Chef de clinique Hôpitàux de Paris, Unité 215 de l'INSERM, Hôpital R. -Poincaré, F 92380 Garches.

Après avoir analysé la notion de ligne degravité, si souvent évoquée en kinésiologie eten orthopédie, les auteurs soulignent nonseulement les difficultés à préciser les rapportsanatomiques de cette ligne, mais aussi leslimites de l'information que cette ligne peutfournir dans l'étude de la bioméèaniquevertébrale. Ils montrent l'utilité de connaîtrela situation respective des barycentres desdifférents segments supportés par chaque étagevertébral. Ces valeurs et leur ,rapport avec lesvertèbres peuvent être précisés par la méthodede la barycentremétrie, scanner à rayon y queles auteurs ont utilisé pour fournir les valeursmoyennes d'un échantillon de 14 sujets nor­maux. Ils soulignent les informations nou­velles fournies par ces données.

Les ouvrages de physiologie, d'orthopédie etde kinésiologie se réfèrent à tout moment à lanotion de « ligne de gravité». Rares sont lessituations évoquées où cette expression a étépréalablement définie, plus rares encore cellesoù la ligne en question aurait été déterminée.

On peut admettre que la ligne dite de gravitéet la verticale passant par le centre de graviténe font qu'une (1, 15, 21). Deux moyenspermettent de définir, dans un référentiel choisi,la situation de cette ligne. L'un consiste àdéterminer in vivo les coordonnées du centre de

Tirés à part: G. DUVAL-BEAUPÈRE, à j'adresse ci-dessus.

gravité (8, 12, 13, 14), l'autre à déterminer cellede sa projection verticale au sol, grâce à uneplateforme de force (17, 22). Rares sont lesprocédés qui, dans leur application courante,permettent de définir les rapports anatomiquesprécis de la ligne de gravité.

La détermination de la ligne de gravitéinforme essentiellement sur les capacités d'équi­libre du sujet étudié, puisque le maintien del'équilibre nécessite le passage de cette ligne parle polygone de sustentation (1, 2, 15, 24, 25).Toute autre information n'est, en fait, que le fruitd'hypothèses, voire d'imagination.

Le centre de gravité du corps humain est enfait le barycentre de tous les segments articulésqui constituent le corps humain, il se déplaceen fonction de la position respective de chacund'eux.

Il ne peut donc être défini que pour uneposition définie de tous les segments arti­culés (20). Si le système ainsi défini est enéquilibre, cet équilibre global est le fruit d'équili­bres successifs obtenus au niveau de chaquearticulation. Chacune de ces articulations doit

supporter le poids du segment corporel susjacentdont le barycentre antérieur ou postérieur aucentre de mouvement de l'articulation, justifie,pour que l'équilibre soit maintenu, une forced'équilibration musculo-ligamentaire posté­rieure ou antérieure, d'autant moins importanteque la projection de ce barycentre est prochedu centre instantané de rotation de l'articulation

concernée. L'équilibre de l'ensemble pourraitêtre obtenu de façon passive sans recours à desforces d'équilibration, si tous les barycentres etles centres de mouvements successifs s'alignaient

2 Ann. Kinésithér., 1989, t. 16, nO 1-2

sur une même verticale, celle de la ligne degravité. La réalité n'est pas ainsi.

Chacune de ces articulations successives subitdes contraintes faites du poids du segmentcorporel susjacent auquel s'ajoutent les forcesd'équilibration. Les économies de contraintes,comme les économies de forces d'équilibrationse font donc lorsque les barycentres sont peudistants des centres articulaires, que leur disposi­tion est peu dispersée autour de la ligne degravité, et que l'application des forces d'équili­bration est la plus éloignée du centre articulaire.On comprend alors que toute surcharge depoids, antérieure ou postérieure, comme ledéplacement d'un segment de membre, imposeune dépense d'éqùilibration supplémentaire etune augmentation de contraintes qui va susciterune anticipation ou, en second lieu, un dépla­cement des différents segments visant à ramenerles nouveaux barycentres dans une situationd'équilibre plus économique. Des travaux déjàanciens ont bien mis en évidence ces phéno­mènes (3, 25).

Cette réflexion amène progressivement àocculter la notion de .ligne d_e gravité. pourévoquer celle plus précise du nuage de pointsdes barycentres successifs qui, en fait, ne sontpas strictement alignés, mais gravitent autourde cette ligne dans un cylindre vèrtical dont elleest le centre et dont le diamètre dépend de lasituation respective des différents segments ducorps. Nous allons voir que, dans une positionsimilaire à la position debout, ce cylindre estréduit au minimum, et son diamètre moyen estde l'ordre de 1,25 cm (10).

Il est évident que lorsqu'on amorce unesemblable réflexion, il paraît indispensable deconnaître les rapports anatomiques exacts de cesdivers barycentres.

Des travaux (5, 6, 19) ont permis d'accéderà la localisation du barycentre des segments desmembres, de la tête et du tronc dans son entier,ceux plus récents de King Liu (16) à celle- dësegments de tranches corporelles solidaireschacune d'une vertèbre. Ces mesures ont étépratiquées sur quelques cadavres de sujets âgés.Le barycentremètre (7, 9, 10, Il, 23), scannerà rayon y, est la seule instrumentation quipermette d'accéder in vivo à de telles mesures;conjugué à un couple de radiographies ortho-

PlO. 1. - Le Barycentremètre.

gonales 30 X 90 du rachis, et grâce à unréférentiel commun, chaque barycentre peut êtreobjectivé sur la radiographie, ses rapportsanatomiques sont ainsi précisés, et ceci de façonpersonnalisée (fig. 1). Le principe du barycentre­mètre étant de déterminer la masse et lebarycentre de tranches corporelles successivesde 1 cm d'épaisseur, par un balayage allant duvertex aux articulations fémorales, il devientpossible de calculer à la demande la masse etle barycentre, soit de l'ensemble d'un segmentcorporel susjacent à un étage vertébral déter­miné, soit la masse et le barycentre de tranchescorporelles plus élémentaires et en particulierde celle solidaire d'un étage vertébral. Lapremière formule offre une information applica­ble à la position du sujet maintenu pendant lesmesures, la seconde permet une application dansd'autres positions.

Le principe technique de l'appareillage, laméthodologie et certaines extensions de celle-ciont fait l'objet de publications détaillées.

Nous proposons, ici, une version française desvaleurs moyennes de masse du segment corporelsupporté par chaque étage vertébral, ainsi quela position moyenne du barycentre de ce segmentcorporel, exprimée par ses rapports anatomiquesavec le squelette vertébral.

Ces valeurs moyennes sont celles de 14 sujets:10 hommes et 4 femmes en bonne santé, issusdu personnel médical ou paramédical de notreCentre, d'âge moyen 27,5 (DS 3,3) pour leshommes, 32,2 (DS 13,8) pour les femmes. Leurtaille moyenne était de 178,6 cm (DS 4,5) pour

Ann. Kinésithér., 1989, t. 16, n° 1-2 3

A

Cl

C2

C3

FIG. 3. - A - Les Barycentres successifs d'un sujet et leurrelation avec le rachis. B - Niveau moyen pour l'ensemble dela population.

1"; TL

8 TS

les hommes, 165,9cm (DS 4,4) pour les femmes; : T6

leur poids moyen de 70,5 kg (DS 5) pour les p.., T7

hommes et 53 kg (DS 2,9) pour les femmes. p.., TB

Les contraintes techniques de la mesure par ~ T9

le barycentremètre imposent que l'examen soit H noc. .•. h / , d J::> nllait en positIOn couc ee, c est one sur une 0'

radiographie prise en position couchée que les l', T12

b / / / C "" Tl3arycentres ont ete transposes. e sont ces p:j 2

données qui sont proposées ici. !ï; ~3

Nous avons mis au point un programme de : ucalcul (7) qui, à partir des valeurs inertielles des l'; LS

tranches corporelles solidaires d'une vertèbre et i> Sl

de radiographies prises en position érigée,permet l'évaluation des mêmes paramètres en Bprenant en compte les petits déplacementsintervertébraux induits par ces changements deposition. Les faibles variations (chez le sujet

FIG. 2. - Projection verticale du Barycentre en regard de lavertèbre qui supporte la charge, ici chez un même sujet, en positioncouché à gauche et debout à droite. (Remarquer les faiblesvariations).

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4 Ann. Kinésithér., 1989, t. 16, n° 1-2~,~ CI

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FIG. 5. - Rapport avec la vertèbre de. la projection verticale duBarycentre du segment corporel qu'elle supporte (valeur moyenneen cm).

sain) de la relation anatomique des centres demasses dans le passage de la position couchéeà la position debout, dont un exemple estproposé sur la figure 2, nous autorisent à livrerles paramètres actuellement disponibles et éva­lués en position couchée.

Il convient de préciser que les calculs ontadmis que la charge des membres supérieursétait supportée dès l'étage vertébral situé auniveau des centres des têtes humérales, et queles bras étaient alignés symétriquement le longdu corps et que leur masse s'appliquait sur lacoordonnée sagittale du centre de mouvementde l'articulation scapulo-humérale.

Les paramètres décrivant les relations anato­miques des barycentres peuvent être exprimésde diverses façons. En représentant les barycen­tres eux-mêmes. Ainsi se trouve particulière-

Cer-.ricale 1 -1.'-

2 -0.9

3 -0.9

4 -0.9

5 -1.0

5 -1.4

Thoracique 1

3 0

4 0

5 .0.7

5 .,.,

7 .1.5

8 .1.2

9 .0.9

10 .0.7

" .0.2

'2 -0.5

Lombaire 1 -1.4

2 -2.9

3 -U

4 -5.5

5 -5.5

Sa.crée 1 -4.6

FIG. 4. - Ici, le Barycentre du segment corporel supporté parL 1 (X), il se situe au niveau de T 4 et se projette sur l'anglesupéro-antérieur de L 1.

FIG. 6. - Même figuration qu'à la figure 5, valeurs individuellesmesurées et figurées.

TABLEAU 1. - Charge supportée par chaque vertèbre, valeursmoyennes exprimées en pourcentage de poids corporel.

VertèbreM%DSil sujets

Cervicale

15,04 0,79122

5,78 0,65133

6,32 0,69134

6,67 0,72135

6,96 0,69136

7,38 0,78137

8,24 0,7210

Thoracique19,48 0,626

212,50 3,037

319,59 2,3613

421,56 1,8614

523,34 1,7114

625,15 1,6914

726,78 1,5114

828,53 1,5714

930,24 1,5014

1032,10 l,5514

1134,35 1,6014

1236,82 1,6414

Lombaire139,36 1,6114

241,79 1,5514

344,21 1,6913

446,61 1,8813

549,38 1,8213

Sacrée151,51 1,539

TABLEAU II. - Charge supportée par chaque vertèbre, valeurmoyenne pour chaque sexe exprimée en kilogrammes.

HommesFemmes

Vertèbre

ilm (kg) DSilm (kg) DS

Cervicale

18 3,5400,3343,0950,202

8 3,8900,3943,3100,173

8 4,2200,4243,5400,124

8 4,4900,4543,7200,085

8 4,7400,4643,8500,106

7 5,0600,5944,0100,077

4 5,2701,0444,3100,14Thoracique

12 5,4900,1514,7102

2 7,8002,1945,4200,713

813,940 1,7747,9001,624

815,380 2,154Il,000 0,545

816,580 2,164Il,880 0,546

817,710 2,14412,9500,627

818,990 2,00413,8000,808

820,140 2,00414,6000,719

821,220 2,03415,4300,7510

822,590 2,19416,3300,7511

824,220 2,24417,5000,7512

825,970 2,51418,6400,86Lombaire

1827,710 2,65420,070 0,792

829,550 2,63421,360 0,723

831,170 2,70422,600 0,694

832,930 2,85423,890 0,885

834,560 2,88425,340 0,80Sacrée

1435,650 3,37427,520 1,262

Ann. Kin ésithér., 1989, t. 16, n° 1-2 5

ment bien imagé le niveau vertébral où il se situe(fig. 3 A), niveau par ailleurs mentionné sur la

figure 3 B.Par contre, en raison de la localisation

postérieure ou antérieure du barycentre parrapport à la vertèbre qui supporte la charge,pour pressentir au mieux, l'importance desforces d'équilibration nécessaires et évaluer lescontraintes correspondantes subies par la vertè­bre, il paraît préférable de visualiser la projectionverticale du barycentre en regard de la vertèbrequi supporte cette charge; c'est ce qui estreprésenté sur les figures 2 et 4, la figure 5 quifournit les valeurs moyennes et la figure 6 desvaleurs individuelles.

Nous avons pensé inutile de représenter icila vision frontale des centres de 'masse, comptetenu du faible intérêt de cette information pourle sujet normal sans déviation rachidienne. Eneffet, la succession verticale des différents ba­rycentres est strictement médiane.

Les poids moyens des segments corporelssupportés par chaque vertèbre sont exprimés enpourcentage de poids corporels sur le tableau 1et en valeur absolue sur le tableau Il

Conclusion et discussion

Les paramètres proposés ici sont strictementoriginaux, ils permettent aux praticiens depousser plus loin leur réflexion concernant laphysiologie rachidienne, et les conséquencespossibles des déviations pathologiques. La ba­rycentremétrie se pratiquant in vivo permet eneffet d'accéder à la connaissance et à l'évaluation

des dispersions physiologiques des paramètresévoqués, et à leur variation en cas de pathologierachidienne. La dispersion de ces valeurs justifie,à nos yeux, une mesure individuelle dès que leraisonnement se veut personnalisé.

Une des premières critiques apportées à latechnique de barycentremétrie concerne saréalisation en position couchée, l'homme vivanten position érigée, mérite une mesure faite danscette position. Les contraintes techniques diffici­lement surmontables nous ont amenés à renon­cer à ce mode de réalisation, et à faire valoir

6 Ann. Kin ésithér., 1989, t. 16, nO 1-2

ce qu'apportait malgré tout la technique origi­nale de la barycentremétrie. En effet, les seulestechniques existantes de mesures des paramètresinertiels des segments de membres ne sontréalisables que sur des cadavres pour lesquelsla notion de position érigée n'est plus qu'unsouvenir. Ces mesures faites sur le buste enentier sont faites sur un buste congelé, en rigiditécadavérique, constituée évidemment en positioncouchée. Ce sont cependant ces valeurs mesuréesqui continuent de faire référence. Quant auxparamétres inertiels mesurés sur le vivant, etdont les résultats font références, les unsconcernent des mesures faites en position de­bout, et alors elles n'accèdent qu'à deux des troiscoordonnées spatiales du centre de gravité,l'accès à la troisième coordonnée (la coordonnéesagittale) nécessite une manipulation supplé­mentaire obligatoirement faite en position hori­zontale donc non érigée. En conséquence, lesparamètres jusqu'ici proposés et utilisés courem­ment dans les travaux scientifiques justifient lamême critique que celle qui peut être opposéeà la technique de la barycentremétrie qui, de'plus, est la seule qui puisse accéder in vivo età un coût minimum aux composants inertielssegmentaires du tronc. Il vient d'être récemmentproposé une évaluation des paramètres inertielsà partir de scanner ou de résonnance magnétiquenucléaire (4); il est évident qu'une pratiquecourante de ce type ne peut être envisagée enraison de l'importante irradiation qu'un ba­layage systématique de la tête et du troncimposerait, et la durée d'un tel examen.

La technique de transfert des paramètresélémentaires mesurés en position couchée, auxsituations érigées debout et assise que nous avonsmis au point est en cours d'informatisation. Lesévaluations déjà faites sur une dizaine de sujetsnormaux donneront lieu à des publicationsprochaines; elles nous ont déjà permis desévaluations de contraintes dont l'analyse estintéressante. La plus grande rapidité d'obtentionde résultats nous permet d'envisager une étudesystématique des situations rachidiennes patho­logiques dont les premiers résultats sont déjàsource de fructueuses informations et richesd'espérance.

A ceux qui se sont déjà penchés sur cesquestions et ont à ce sujet consulté les ouvrages

de Biomécanique de référence, nous faisonsremarquer l'originalité des résultats présentésici, qui permettent de souligner la relativeproximité du rachis dorsal des centres de massedes segments corporels supportés par les vertè­bres lombaires, situation qui amène leur projec­tion verticale à s'exercer au niveau et plussouvent en arrière des centres de rotation desvertèbres lombaires considérées, alors que lesinformations peu précises suggérées par cestraités laissent penser à une projection anté­rieure. L'analyse de la situation des forcesd'équilibration, de leur intensité et descontraintes subies par les vertèbres s'en trouvetotalement modifiée.

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