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IMPORTANCE DE L'ANALYSE DE L'ÉQUILIBRE SAGITTAL EN PATHOLOGIE RACHIDIENNE - RÔLE DE LA BALANCE SPINO-PELVIENNE DANS LES MALADIES DÉGÉNÉRATIVES DU RACHIS
1- J.-C. le Huec, 2- P. Roussouly
Sommaire de l'article

Paramètres pelviens :
PARAMETRES RACHIDIENS
LA RELATIONENTRE LA LORDOSE LOMBAIRE ET LA PENTE SACREE
SITUATIONS PATHOLOGIQUES
EVALUATION SPINO PELVIENNE EN PATHOLOGIE
DIAGNOSTIC ET PLAN THERAPEUTIQUE
CONCLUSION
1-Université de Bordeaux - Bordeaux France, 2- Clinique des Massues - Lyon France

La phylogénèse est très instructive pour mieux comprendre la position érigée humaine.

Contrairement à d’autres vertébrés, le rachis humain comprend des courbures successives qui s’opposent permettant au tronc d’assumer la position érigée. Ceci est assez remarquable puisque l’être humain peut maintenir cette position debout sans fléchir les genoux contrairement au chimpanzé par exemple (figure 1). La lordose de la région lombaire chez l’homme n’est retrouvée dans aucune autre espèce. Par opposition à l’homme, la colonne vertébrale des primates est globalement cyphotique ce qui est incompatible avec la position érigée. Ceci explique pourquoi la position bipodale et la marche chez les primates sont très limitées nécessitant le plus souvent l’utilisation des longs bras antérieurs comme balanciers.

Pour analyser cette situation spécifique qui caractérise l’être humain, nous devons définir des paramètres qui vont déterminer les facteurs importants pour le maintien de cet équilibre.

Grace aux paramètres pelviens décrient par Mme Duval-Beaupere, il est possible de définir la géométrie pelvienne et sa relation avec la position du pelvis. Pour avoir une meilleure compréhension de la balance rachidienne et de la forme du pelvis, il est essentiel de définir de manière très précise ces paramètres.

 
Figure 1 : Les primates n’ont pas de lordose lombaire et utilisent leur bras comme balancier.

 

Figure 2 a et b.
 
Figure 3 : Détail de mesure des différents paramètres pelviens.
SS : Sacral slope ou pente sacrée.
PT : Pelvis tilt ou version pevienne.
PI : Incidence.

Paramètres pelviens :

Tout d’abord le pelvis est la zone de soutènement du rachis et nous allons commencer par sa caractérisation.

De nombreux auteurs ont défini les paramètres pelviens.

Mme Duval-Beaupere a défini l’incidence pelvienne (PI) comme l’angle créé par l’intersection d’une ligne tracée du centre des têtes fémorales jusqu’au milieu du plateau sacré et une autre ligne perpendiculaire au milieu du plateau sacré (figure 2 a et b).

L’angle pelvien de lordose définit par Jackson est assez analogue à l’angle d’incidence. La seule différence réside dans le fait que les deux lignes convergent à la partie postérieure du plateau sacré. Si l’on considère le pelvis d’une personne, il ressemble à un anneau rigide. L’angle d’incidence décrit la relation entre le sacrum et les têtes fémorales. C’est un paramètre de forme, constant pour une personne. Mais, le pelvis peut tourner autour des têtes fémorales suivant l’axe bicoxo-fémoral.

Deux autres paramètres sont directement corrélés à l’incidence pelvienne (figure 3).

Le pelvis tilt  (PT) ou version pelvienne qui est l’angle entre la verticale et une ligne rejoignant le centre des têtes fémorales au centre du plateau sacré. Quand le pelvis tourne en arrière ou rétroversion, le pelvis tilt augmente. Quand le pelvis tourne en avant, ou antéversion, il diminue.

Le second paramètre est la pente sacrée ou sacral slope (SS) définie par l’orientation du plateau sacré par rapport à l’horizontal. Pelvis tilt et sacral slope sont des paramètres positionnels et il y a une relation géométrique entre l’angle d’incidence et ces deux paramètres. L’angle d’incidence PI est égal à la somme de PT et de SS.

PI = PT + SS

Pour une même personne, l’angle d’incidence est constant mais lorsque le PT augmente, le SS diminue et inversement. Pour une personne avec une faible valeur d’angle d’incidence, la possibilité de rétroversion est limitée par la valeur de l’incidence mais comme la valeur maximale de rétroversion est faible, l’extension des hanches ne limite pas cet effet et le 0° du plateau sacré peut être atteint facilement. Chez une personne qui a un grand angle d’incidence, la possibilité de rétroversion est plus élevée mais la limite d’ extension des hanches peut être atteinte avant, autorisant plus difficilement l’horizontalisation complète du plateau sacré. L’influence de l’incidence pelvienne sur la morphologie du pelvis est intéressante à analyser. L’incidence pelvienne pourrait être l’indicateur de la forme fonctionnelle du rachis. Elle détermine la position relative du plateau sacré et des têtes fémorales.

Dans une population asymptomatique, la valeur la plus basse de l’angle d’incidence est approximativement 35° et le maximum de 85°. On pourrait considérer que les valeurs en dehors de celles-ci sont pathologiques. 

Dans les petits angles d’incidence, le pelvis humain se rapproche du pelvis des primates : il est haut et étroit dans son diamètre antéro postérieur. Cette forme très verticale est moins bien adaptée à la verticalité. De ce fait, un pelvis vertical a une petite pente sacrée et une faible capacité de version pelvienne. Un pelvis horizontal a une forte pente sacrée et une plus grande possibilité de version pelvienne. Il est moins haut et plus large dans son diamètre antéro postérieur Le pelvis humain est de manière équivalente responsable de l’achèvement de la position érigée. La relation anatomique entre le rachis et les hanches a d’importantes implications dans la modulation de la posture. En général, le pelvis a tendance à être couplé à la lordose lombaire et l’extension de hanche en position debout. Cependant, certains pelvis sont meilleurs que d’autres pour accomplir cette tache. Notre expérience nous a montré que la forme du pelvis et sa relation avec la pente sacrée influence le type de lordose lombaire. Il est donc important de définir les paramètres rachidiens. On peut aussi déduire une orientation différente des cotyles selon que le bassin  a une forte ou

une faible incidence. L’orientation des cotyles dépend à la fois de la forme du bassin et aussi de sa position dont on connaît maintenant la variabilité en fonction de la forme (figure 7b).

 

Figure 4 a et b : a) Nouveaux paramètres rachidiens : point d’inflexion, apex de lordose lombaire, angle de lordose inférieur et angle de lordose supérieur (qui est constant entre 19 et 22 degrés). Calcul facilité par l’utilisation du logiciel Optispine.
b) Exemple de mesure avec le logiciel Optispine sur radio sur grande cassette.
 
Figure 5 a et b : Les 4 types.
 
Figure 6 : Analyse globale de l’équilibre avec calcul de la “plumb line” abaissée de C7 : situation de déséquilibre très net post chirurgical.

 

Figure 7 a et b : Possibilité de compensation en fonction de l’angle d’incidence.

PARAMETRES RACHIDIENS

La forme sagittale de la colonne vertébrale est caractérisée par une série de courbes. Elles sont appelées lordoses quand la concavité est  postérieure et cyphose quand la concavité est antérieure. L’anatomie humaine est caractérisée par une lordose lombaire et cervicale. La limite théorique anatomique de la lordose lombaire est de T12/L1 à L5. Ceci ne correspond pas à la réalité mécanique car la lordose lombaire peut être plus ou moins longue. C’est pourquoi il est mécaniquement préférable de redéfinir les points de repères : le plateau de S1 en limite distale, et le point d’inflexion  en limite supérieure. Ce point d’inflexion est un nouveau point d’orientation non définie comme standard anatomique comme T12, mais définie par une profonde analyse de la forme de la colonne vertébrale en axe sagittal (figure 4).

Pour définir les courbures du rachis il y a eu plusieurs propositions de formes géométriques : des ellipses, arcs de cercles etc. Berthonnaud a proposé un modèle avec deux arcs tangentiels d’un cercle. Le point tangentiel est localisé à l’apex et les centres de l’arc touchent la ligne horizontale dessinée de l’apex. L’arc distal ou inférieur est celui qui correspond à la pente sacrée SS. L’arc proximal est défini de l’apex de la courbure lombaire au point d’inflexion. L’arc proximal est stable autour de 20° en moyenne. Ceci implique que la valeur globale de la courbure lombaire est directement liée à la valeur de l’arc distal (figures 3 et 4). La position de l’apex varie entre le bas de L3 et la partie supérieure de L5 des corps vertébraux.

LA RELATIONENTRE LA LORDOSE LOMBAIRE ET LA PENTE SACREE

La relation entre la lordose lombaire et la pente sacrée a été précisément décrite par Stagnara. Pour des SS très importantes la lordose lombaire était plus en hauteur (dos dynamique) ; quand la SS était plutôt horizontale la lordose lombaire était plus faible donc dos  plat (dos statique). Dans toutes les études, il y a une forte corrélation entre SS et l’angle de la lordose (R=0.86 ; P<0.001). En utilisant le nouveau modèle géométrique avec deux arcs de  cercle tangentiels, l’arc distal est similaire à SS ; ceci met en évidence la relation directe entre SS et lordose lombaire (LL).

Utilisant cette relation entre SS et l’arc distal on peut construire différents types de lordoses lombaires dans une population asymptomatique.

L’incidence pelvienne et la pente sacrée sont liées  et sont importantes pour décrire le type de lordose lombaire chez l’individu. Plus précisément chaque type de lordose lombaire représente un complexe spino-pelvien différent. Une meilleure compréhension des différents types spino-pelviens peut conduire à mieux comprendre les maladies dégénératives et ainsi permettre au chirurgien de définir le traitement le plus adapté pour son patient. La première étape est de déterminer la forme du rachis dans une population normale. Roussouly P. a réalisé une étude prospective dans une population normale asymptomatique qui a permis de définir des types de rachis. Quatre types ont été décrits (figure 5) :

Rachis a pente sacrée faible (<35°)

En observant la forme de l’arc distal, deux constructions sont possibles :

Type 1 : l’arc distal est pratiquement absent, l’apex est positioné très bas près de L5 ; LL est pratiquement contituée exclusivement par l’arc proximal. LL est court et la cyphose est longue avec une prolongation sur la région thoraco-lombaire. En conclusion il s’agit d’une colonne vertébrale non harmonieuse avec une cyphose thoraco-lombaire et une hyper lordose basse courte.

• Type 2 : l’axe de l’arc distal est plat proche d’une ligne droite. Il s’agit d’une colonne vertébrale plate.
Rachis à pente sacrée moyenne (35°<SS45°)

• Type 3 : LL est bien équilibrée entre ses deux arcs supérieur et inférieur. Il s’agit d’une colonne vertébrale régulière et harmonieuse.

Rachis à pente sacrée forte (SS>45°)

Type 4 : l’arc distal est augmenté en angle et en nombre de vertèbres ; la longueur et la courbure de la lordose lombaire progressent. Il s’agit d’une colonne vertébrale hyperlordosée mais harmonieuse.

Du fait de la corrélation entre SS et PI, les Type1 et Type 2 présentent généralement un PI faible tandis que le Type 4 présente généralement un PI fort (figure 5b).

Dans une population pathologique, le PI peut se présenter en dehors de ses limites habituelles. Un PI bas conduit à un Type 1 caricatural et un PI très élevé à plus de 85° conduit à une forte fréquence de spondylolisthésis.

L’analyse de l’équilibre de la colonne vertébrale thoracique supérieure peut être évaluée par le fil de plomb abaissé de C7. Indépendamment du type de lordose, chez une personne équilibrée, le fil à plomb abaissé de C7 se projette juste derrière le bord du plateau sacré (figure 6).

SITUATIONS PATHOLOGIQUES

Les situations pathologiques se présentent sous trois formes :

1- Le patient n’a jamais été normal. La relation spino-pelvienne était d’origine anormale et déséquilibrée. Le stress local sur le rachis a entrainé une dégénérescence spécifique. Est-ce que l’organisation pathologique respecte les règles d’un équilibre spino-pelvien « normal » ?

2- Le patient était initialement « normal » et un événement brutal (trauma, infection, tumeur…) a conduit à un changement d’organisation des vertèbres et a provoqué un nouveau stress local dépendant du type initial de rachis. Est-ce que la situation finale dépend du type initial ? la réponse est positive.

3- Le patient était initialement « normal » et l’évolution dégénérative à conduit à un changement de l’organisation spino-pelvienne qui a provoqué un déséquilibre. Le type initial peut-il favoriser une évolution dégénérative ? la réponse est positive.

EVALUATION SPINO PELVIENNE EN PATHOLOGIE

Selon Battié la dégénérescence discale est essentiellement génétique. Des facteurs et conditions extérieures peuvent aggraver la situation comme : le surpoids, les activités physiques et professionnelles contraignantes et les traumatismes etc.

Différentes situations peuvent être retrouvées en pathologie. Ce qui est très intéressant, c’est d’analyser les règles d’adaptation de la colonne vertébrale thoraco-lombaire afin de compenser la nouvelle situation.

L’adaptation de l’équilibre en cas de grave cyphose :

• Quand la cyphose survient sur une colonne vertébrale très flexible, comme lors d’une cyphose traumatique chez un sujet jeune, la compensation est prise par la colonne flexible située en dessous de la cyphose le plus souvent. Généralement il n’y a pas de compensation au niveau du bassin. Plus la cyphose est haut située, plus la lordose lombaire pourra rééquilibrer la balance. Lorsque la cyphose est basse, la longueur de lordose sous jacente est parfois trop courte pour pouvoir compenser.

• Quand la cyphose survient sur une colonne vertébrale rigide, comme une colonne dégénérative ou  une sponlylarthrite ankylosante, le seul moyen de compensation est l’inclinaison ou bascule postérieure du bassin. Ce mécanisme augmente la distance horizontale entre les têtes fémorales et le plateau sacré et réduit la pente sacrée. Du fait de la relation géométrique entre incidence pelvienne (PI) et la version pelvienne (PT), un bassin vertical avec un PI bas est moins capable de compenser par ce mécanisme qu’un bassin horizontal avec un PI élevé (figure 7). En cas de cyphose sévère, la flexion au niveau des genoux améliore l’inclination du bassin et horizontalise le regard en réorientant la position de la tête. Cette flexion des genoux permet aussi de dépasser la limite de rétroversion du bassin imposée
par la limite d’extension des hanches (figure 8).

Autre sujet très important à analyser : Quelle évolution dégénérative correspond à quel type de rachis ?

En fonction de la  situation spino- pelvienne initiale, on peut anticiper une certaine  tendance dégénérative et un certain équilibre pathologique.

- le Type 1 présente une combinaison de cyphose et d’hyper extension : figure 9.

• dans la cyphose thoraco-lombaire il y a un risque de dégénérescence discale plus marquée car la pression y est très forte

• au niveau de la zone jonctionnelle entre cyphose et lordose, les disques sont très inclinés avec un fort risque de retrolisthesis.

• dans la région  basse de l’hyper lordose, il y a un risque accru d’une haute pression au niveau des facettes, avec « kissing » des processus épineux et effet casse noisette au niveau des isthmes générant un risque de spondylolisthésis surtout en L5. Il s’agit du type « nut cracker » des anglo-saxons sur bassin à incidence faible décrit par Roussouly.

- le Type 2 se présente comme un dos plat (figure 10). L’orientation des disques est horizontale ; ici la pression au niveau du disque est au maximum. Il y a un fort risque de dégénérescence discale et de hernie discale précoce.

- les Types 3 et 4 présentent une plus grande lordose lombaire, surtout le Type 4 (figure 11). Ils sont en général associés à un bassin horizontal avec un angle d’incidence (PI) élevé. Le risque de spondylolisthesis par lyse isthmique en L5 est important avec un mécanisme de « glissement ». Plus l’incidence pelvienne est forte plus la pente sacrée est importante et plus grand est le risque de glissement de haut grade.

Avec le vieillissement, les dégénérescences discales peuvent conduire à une diminution de lordose qui va être compensée par une augmentation de l’inclinaison pelvienne postérieure. Il faut donc différencier un vrai Type 2 qui souffre de discopathie, d’un faux Type 2 par progression dégénérative (affaissement discal) d’un Type 4. Le premier a un angle d’incidence bas et un petit PT, en comparaison du second qui possède un angle d’incidence élevé et un grand PT (figure 12). Ainsi en cas de geste chirurgical d’arthrodèse il faudra respecter ou recréer les lordoses correspondants aux angles d’incidences sinon on a un risque élevé de laisser un dos peu lordosé sur un ancien type 4 (reconnu grâce à son angle d’incidence élevé) ce qui engendrera un dos plus plat que son état initial avant dégérescence discale et donc un déséquilibre saggital avec persistance d’une rétroversion élevée. C’est ici que les prothèses discales trouvent une indication, en particulier à l’étage L4-L5 en permettant au patient d’adapter son équilibre comme le démontre Le Huec.

 
Figure 8 : Sujet âgé obligé de fléchir les genoux pour garder le regard horizontal.
 
Figure 9 : Pathologie fréquente avec le type 1.
 
Figure 10 : Type 2 - type de pathologie.
 
Figure 11 : Type 4 - Pathologie potentielle : très grande lordose avec incidence élevée, spondylolisthésis fréquent en L5 par hyperpression sur l’isthme.
 
Figure 12 : Changement progressif de la version pelvienne au cours du processus dégénératif : le type de dos change par affaissement discal mais l’incidence pelvienne est constante. Seules pente sacrée et version pelvienne varient.
 
Figure 13 : EOS (Biospace, Paris, France) système d’imagerie basse dose en position debout. Le rayon est en permanence perpendiculaire aux éléments anatomiques : ceci évite les distorsions habituelles et facilite la lecture et la précision de l’analyse.

 
Figure 14 : Hypolordose et angle d’incidence élevée : ostéotomie vertébrale à coin postérieur pour permettre la correction.

DIAGNOSTIC ET PLAN THERAPEUTIQUE

La seule possibilité d’obtenir la balance sagittale et d’analyser ses conséquences est l’image radio debout du rachis sur toute sa longueur. Il est nécessaire de prendre la colonne vertébrale et le bassin en entier depuis le crane jusqu’ au fémur proximal. Les radios obtenues avec le système EOS (Biospace, Paris, France) permettent de diminuer l’irradiation et autorisent une reconstruction 3D (figure 13).

Le logiciel Optispine (Optimage, Lyon, France) permet de calculer les paramètres indépendamment du système d’acquisition des images. Il est donc adaptable à toutes les radios sur grandes cassettes (de bonne qualité). Il permet également de définir le point d’inflexion et donc de déterminer le type de dos (figure 4b).

Un diagnostic rapide  «  de coup d’œil » comporte 3 points :

• Angles du bassin : PI, PT et SS
• Type de Lordose lombaire
• Position C7 (Plomb Line).

En situation pathologique il est toujours difficile de prédire quelle part de la position de la colonne vertébrale et du bassin correspondent à l’anatomie initiale et quelle part de la position de la colonne et du bassin est fonctionnelle (position non douloureuse). La seule signature de la situation initiale est l’angle d’incidence pelvienne qui est stable chez l’adulte.

En cas de petit angle d’incidence il est nécessaire de maintenir un Type 1 ou 2 sans augmenter la lordose : intérêt des prothèses L4-L5 chez le sujet jeune.

En cas de grand angle d’incidence : plus le PI augmente plus il est nécessaire d’augmenter l’importance et la longueur de la lordose lombaire pour réduire la bascule postérieure du bassin.

En cas de version pelvienne élevée, les hanches sont forcées en position d’extension avec un déséquilibre vers l’avant en marchant. Cette situation peut conduire à une arthrose précoce des hanches ou altérer la fonction d’une prothèse totale de hanche.

En cas d’hyperlordose sévère à haut degré d’angle d’incidence PI, il est conseillé de rétablir l’équilibre par une ostéotomie de soustraction postérieure (figure 14). Il reste à régler l’évolution en cyphose du rachis thracique sus-jacent dont l’évaluation préopératoire est difficile.

CONCLUSION

La connaissance des formes de bassin et de colonne vertébrale amène à un nouveau principe de réflexion sur les indications en pathologie rachidienne. Une approche globale du rachis est un moyen fiable d’éviter des fautes causées par un manque d’analyse de la colonne vertébrale. L’imagerie de la colonne en position debout et dans son  ensemble est essentielle pour vérifier l’équilibre du rachis de face et de profil. La forme du bassin est caractérisée par l’angle d’incidence qui est constant, mais l’orientation du bassin permet une adaptation de l’équilibre de la colonne vertébrale. La forme du rachis dans le plan sagittal change au cour du vieillissement (affaissement des disques) et il y a des liens forts entre la forme du rachis et celle du bassin. Une bonne analyse de ces paramètres permet d’éviter des interventions chirurgicales en mauvaises conditions techniques qui mènent souvent à de mauvais résultats fonctionnels et parfois à des désastres.

Ce nouveau type d’analyse devrait avoir lieu avant toutes interventions chirurgicales lombaires d’arthrodèse ou de prothèse. L’utilisation du système EOS avec faible irradiation associé à des logiciels d’analyse va s’imposer comme un élément essentiel au diagnostic préopératoire. Des algorithmes basés sur l’expérience acquise permettront dans le futur une aide au traitement.  

References

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2- Battié M, Videman T, Parent E. Lumbar disc degeneration. Epidemiology and genetic influences. Spine 2004, 29 :2679-90.
3- Rajnics P, Templier A, Skalli W, Lavaste F, Illes T. The importance of spinopelvic parameters in patients with lumbar disc lesions. International Orthopaedics 2002, 26:104-8.
4- Roussouly P, Gollogly S, Berthonnaud E, Dimnet J. Classification of the normal variation in the sagittal alignment of the human lumbar spine and pelvis. Spine 2005, 30:346-53.
5- Vaz G, Roussouly P, Berthonnaud E, Dimnet J. Sagittal morphology and equilibrium of pelvis and spine. Eur Spine J. 2002 Feb;11(1):80-7
6- Le huec J, Basso Y, Mathews H, Mehbod A, Aunoble S, Friesem T, Zdeblick T. The effect of single-level, total disc arthroplasty on sagittal balance parameters: a prospective study. Eur Spine J. 2005 Jun;14(5):480-6.
7- Roussouly P, Gollogly S, Noseda O, Berthonnaud E, Dimnet J. The vertical projection of the sum of the ground reactive forces of a standing patient is not the same as the C7 plumb line: a radiographic study of the sagittal alignment of 153 asymptomatic volunteers. Spine. 2006 May 15;31(11):E320-5.
8- Berthonnaud E, Dimnet J, Roussouly P, Labelle H.J Spinal Disord Tech. 2005 Feb;18(1):40-7. Analysis of the sagittal balance of the spine and pelvis using shape and orientation parameters.
9- Legaye J, Duval-Beaupère G, Hecquet J, Marty C. Eur Spine J. 1998;7(2):99-103. Pelvic incidence: a fundamental pelvic parameter for three-dimensional regulation of spinal sagittal curves.
10- Roussouly P, Gollogly S, Berthonnaud E, Labelle H, Weidenbaum M. Sagittal alignment of the spine and pelvis in the presence of L5-s1 isthmic lysis and low-grade spondylolisthesis. Spine. 2006;31(21):2484-90.

 

Maîtrise Orthopédique n°184 - mai 2009
 
 
 
 
 
 
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