CONTRAINTES
MECANIQUES APPLIQUEES CONTRAINTES
MECANIQUES APPLIQUEES
AU FONCTIONNEMENT DU GENOU
Dr Grégoire LE BLAY (1) Dr Gualter VAZ (2)
L’articulation fémoro-tibiale est composée de deux compartiments, médial (interne) et latéral (externe) qui se comportent différemment du fait de plusieurs facteurs :
• leur structure géométrique dans le plan frontal : le compartiment médial est concave au niveau du condyle fémoral et de la glène tibiale ce qui favorise sa stabilité. Le compartiment latéral est concave au niveau du condyle fémoral et convexe au niveau de la glène tibiale ce qui favorise sa mobilité ; (figures 1, 2)
• les grands axes des condyles fémoraux ne sont pas parallèles mais divergent vers l’arrière. Le condyle médial (interne) diverge plus que le condyle latéral (externe) et il est aussi plus étroit que l’externe ;
• la course des condyles sur les glènes lors des mouvements de flexion/extension n’est pas identique. Le condyle latéral (externe) roule beaucoup plus que le condyle médial (interne). Lors des mouvements de flexion du genou, le condyle externe recule plus que le condyle interne. Ceci va induire une rotation interne du tibia lors du mouvement d'extenseur.
En somme, tout est orienté au niveau des structures osseuses fémoro-tibiales pour assurer une grande mobilité en privilégiant le mouvement de flexion/extension, les mouvements de rotation n’étant que des mouvements automatiques.
Au niveau de l’articulation fémoro-patellaire, l’appareil extenseur du genou glisse sur l’extrémité inférieure des fémurs comme une corde dans une poulie et la trochlée fémorale et l’échancrure intercondylienne forment une profonde gouttière verticale dans le fond de laquelle glisse la rotule. Ainsi, la force du quadriceps dirigée obligatoirement en haut et légèrement en dehors se trouve t-elle transformée en une force strictement verticale. Le déplacement de la rotule le long de la gorge trochléenne lors des mouvements de flexion/extension est une translation circonférentielle qui l’amène à parcourir une distance de deux fois sa longueur (8 cm). Ce déplacement est autorisé par l’existence de 3 profonds culs-de-sac : 2 latéraux rotuliens et 1 sous quadricipital.
Le centrage de la rotule dans la gouttière est assuré par la hauteur rotulienne, le creusement de la trochlée dans sa partie haute et l’orientation des fibres du vaste interne qui agit comme un ligament actif. Le rôle de l’articulation fémoro-patellaire est de placer le quadriceps dans les meilleures conditions possibles de fonctionnement.
K. MARKOLF a montré expérimentalement que les structures osseuses participent à la stabilité du genou. En effet, lorsque les structures sont en compression sous l’effet d’une charge dans une amplitude entre 0 et 120°, les forces de translation transmises aux structures ligamentaires sont réduites (figure 3).
Les ménisques s’intercalent entre la glène et le condyle. Ils sont de ce fait mobiles, puisqu’ils reculent en flexion et avancent durant l’extension du genou.
SHOEMACKER a montré expérimenta-lement qu’ils participent à la stabilité du genou lorsque le genou est en charge entre 0 et 20° de flexion. Le déplacement se fait également lors des mouvements de rotation axiale en suivant exactement les déplacements des condyles sur les glènes.
A noter que l’amplitude totale du déplacement du ménisque externe est deux fois plus grande que l’amplitude totale de déplacement du ménisque interne.
Les ménisques participent également à la stabilité du genou comme l’a montré expérimentalement SHOEMACKER sur un genou en charge entre 0 et 20° de flexion. L’ablation des ménisques augmente significativement les forces de translation tibiale antérieure (Photo 4).
3.1 - Les ligaments latéraux
Les ligaments latéraux renforcent la capsule articulaire du côté interne et du côté externe et assurent la stabilité latérale du genou en extension. En effet, les ligaments latéraux sont tendus lors de l’extension et détendus dans la flexion (figure 5).
3.2 - Les ligaments croisés
Le Ligament Croisé Antérieur est oblique en bas en avant et en dedans du fémur au tibia. Le Ligament Croisé Postérieur est oblique en bas en arrière et en dehors du fémur au tibia.
Ils sont situés en plein centre de l’articulation, logés en grande partie dans l’échancrure inter-condylienne (figure 6).
Les ligaments sont croisés dans l’espace l’un par rapport à l’autre. Il existe un rapport de longueur constant entre les deux puisque la longueur du LCA est égale aux cinq tiers du LCP. (photo 7)
Les ligaments croisés assurent la stabilité antéro-postérieure du genou et permettent les mouvements de charnière tout en maintenant en contact les surfaces articulaires.
Lors de la flexion, le LCA est responsable du glissement du condyle vers l’avant, associé au roulement vers l’arrière. Lors de l’extension, le LCP est responsable du glissement du condyle vers l’arrière associé à son roulement vers l’avant.
La rotation interne du genou tend les croisés. La rotation externe détend les croisés.
Une rupture du LCA entraîne lors de l’extension du genou, une translation tibiale antérieure. Une rupture du LCP entraîne lors de la flexion du genou, une translation tibiale postérieure (figure 8).
4.1 - Le quadriceps
Il fonctionne soit comme frénateur du genou par son action excentrique lors de la marche, de la descente des escaliers ou de la course (phase de réception), comme un accélérateur du genou par son action concentrique pour le shoot, pour la course (phase de propulsion). Le quadriceps lors de sa contraction, qu’elle soit concentrique ou excentrique, va produire une force de translation tibiale antérieure. Cette force est plus importante si le quadriceps fonctionne en chaîne cinétique ouverte qu’en chaîne cinétique fermée.
(figures 9, 10)
Le premier élément à s’opposer à cette translation tibiale antérieure est le LCA puis le ménisque interne.
Le quadriceps assure également la stabilité du genou. En effet, la paralysie du quadriceps nécessite lors de l’appui, le passage du genou en recurvatum avec comme conséquence, la destruction progressive des structures postérieures.
4.2 - Les ischiojambiers
Les ischiojambiers interviennent lors des phases de contractions concentriques maximales du quadriceps. Ils doivent agir comme un frein à l’extension par une contraction excentrique.
Ils sont également protecteurs du LCA en limitant la translation tibiale antérieure grâce à un arc réflexe LCA/ischiojambiers. De ce fait, une contrainte excessive sur le LCA provoque une contraction des ischiojambiers.
En chaîne cinétique fermée, la contraction des ischiojambiers induit une translation tibiale postérieure qui met en tension le LCP. Cette translation est bien plus importante en chaîne cinétique ouverte lors d’un mouvement de flexion du genou contre résistance.
Nous avons déjà vu que la rotule intervient dans la stabilité du genou. Lors de la mobilité du genou, il apparaît que les zones de contraintes fémoro-patellaires pendant la chaîne cinétique ouverte en extension sont supérieures à la chaîne cinétique fermée pour une amplitude allant de 0 à 53°. Au contraire, de 53° à 90°, les contraintes sont plus importantes en chaîne cinétique fermée qu’en chaîne cinétique ouverte.
Le genou est une unité biomécanique complexe permettant d’augmenter les performances du membre inférieur en accélération, en freinage, en pivot et en impulsion. Son fonctionnement va dépendre de sa stabilité et de sa mobilité. Seules des structures osseuses, ligamentaires, ménis-cales et musculaires permettent d’atteindre ces objectifs.
HUNGERFORD D.S., BARRY M. : Biomechanics of the patellofemoral joint. Clin. Orthop. 1979; 144 : 9-15
KAPANDJI I.A. : Physiologie Articulaire - Fascicule II Quatrième édition Membre inférieur - Librairie Maloine S.A. Paris
MARKOLF K.L. et coll. : The role of joint load in knee stability. J. Bone Joint Surg; 63-A 570-575 April 1981
REILLY D.T., MARTENS M.: Experimental analysis of the quadriceps muscle force and patellofemoral joint reaction for various activities. Acta Orthop. Scand. 1972 ; 43 : 126-137
(1) Médecin Chef de Service
Médecine Physique et Réadaptation
(2) Chirurgien
Service de Chirurgie Orthopédique
Centre médico-chirurgical de réadaptation des Massues
92, rue Edmond Locard
69322 LYON Cedex 05