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L'instabilité segmentaire du rachis est considérée comme une des étiologies possibles des algies rachidiennes aux niveaux lombaire (1,10,27) et cervical (8,33). Parmi les personnes avec des lombalgies d'origine mécanique, l'instabilité vertébrale est classifiée par plusieurs auteurs comme un sous-groupe, entre 13% et 30% de cette population (selon Pitkänen et al. (26))
La stabilité est l'un des concepts les plus fondamentaux pour caractériser et évaluer n'importe quel système. Pour qu'un système puisse être fonctionnel, il doit
être stable. Au niveau du rachis, la stabilité est capitale pour pouvoir supporter des charges, et pour permettre un mouvement fonctionnel tout en protégeant l'ensemble
des structures du rachis.
Il existe une certaine ambiguïté parmi les différentes définitions de la stabilité rachidienne. Chaque définition est basée sur un modèle théorique. Voici une revue
non systématique des modèles retrouvés dans la littérature :
Depuis la publication de l'article de Panjabi « The stabilizing system of the spine » en 1992 (21,22,23), le modèle proposé par cet auteur a été l'un des plus
utilisé comme base théorique dans la décision clinique : par exemple dans les programmes de rééducation axés sur des exercices de stabilisation musculaire au niveau
lombaire (19,20,30,31).
Cet auteur décrit dans la zone de mobilité intervertébrale physiologique complète, (en anglais Range Of Motion : ROM), une zone neutre et une zone élastique.
La zone neutre est la partie de la zone de mobilité intervertébrale la plus proche de la position de repos, dans laquelle, l'articulation a sa plus grande capacité
de mouvement avec une résistance minimale à la mobilité intervertébrale. La zone élastique est l'amplitude de la mobilité intervertébrale située entre la fin de la
zone neutre et la limite de la ROM (21,23,31).
Le système de stabilisation vertébrale est divisé en trois sous-systèmes interactifs :
Ces trois sous-systèmes assurent avec leur fonctionnement conjoint et coordonné, la stabilité dynamique du segment vertébral lors de l'application des forces externes.
Selon Begmark (2), les muscles qui assurent la stabilité du rachis lombaire sont divisés en deux systèmes : le système musculaire global (the global muscle system)
et le système musculaire local (the local muscle system).
Le système musculaire global est constitué par des muscles qui n'ont pas d'insertions musculaires directes sur les vertèbres lombaires. Ces muscles vont agir sur la
stabilité générale du tronc, mais ils n'ont pas une influence directe sur les segments spinaux. Parmi ces muscles, il y a : le muscle droit de l'abdomen, l'oblique
externe de l'abdomen et le muscle ilio-costal du thorax.
Le système musculaire local est constitué par des muscles qui ont une action directe sur la colonne vertébrale lombaire. Il conditionne la stabilité segmentaire et
contrôle directement les segments lombaires. Ce système musculaire est formé par : le grand psoas, le carré des lombes, l'ilio-costal lombaire, le longissimus du thorax,
le transverse de l'abdomen, le diaphragme et les fibres postérieures du muscle oblique interne de l'abdomen (2).
Le système local fonctionne d'une façon différente du système global. L'interaction entre ces deux systèmes dépend de la tâche à accomplir et de la quantité de charge
à laquelle le rachis est soumis. L'activité musculaire coordonnée entre les muscles du système global et les muscles intrinsèques du système local assure le maintien
de la stabilité mécanique du rachis (20).
La coactivation du multifidus et du erector spinae, provoque une raideur active (stiffness en anglais) qui permet un certain degré de stabilité de la colonne vertébrale
lors des activités fonctionnelles. Le multifidus semble jouer un rôle spécialement important dans le système de stabilisation vertébrale: ainsi d'après Wilke et al.
plus de 66% de la raideur active inter-segmentaire au niveau L4/L5 est proportionné par l'action du multifidus (35).
Dans le système local, deux muscles jouent aussi un rôle important :le transverse de l'abdomen et dans une moindre mesure, l'oblique interne, dont l'activité est
corrélée avec des changements au niveau de la pression intra-abdominale (PIA). Plus concrètement, l'activité du transverse de l'abdomen semble être importante pour
le contrôle et le maintien de la pression intra-abdominale. La PIA contribue au maintien de la stabilité segmentaire
lombaire, car elle maintient l'alignement de la colonne et produit une résistance aux forces de cisaillement (9). Une co-contraction de seulement 10% de la contraction
maximale volontaire au niveau des muscles de la sangle abdominale suffirait pour assurer la stabilité du rachis lombaire lors de la plupart des activités de la vie
courante (17,18).
Certains auteurs considèrent le rachis comme un système dynamique. Pour en connaitre plus sur ce modèle, la lecture de l'article de Reeves et al.
« Spine stability: the six blind men and the elephant » 2007 (30) est conseillée.
Ce système dynamique a un comportement adapté au contexte et à la tâche à accomplir. Par exemple, dans un sport tel que le rugby, une augmentation de la coactivation
des muscles du tronc et donc de la raideur active pour protéger le rachis d'une lésion lors d'un placage, semble être une stratégie approprié. En revanche, dans
d'autres circonstances qui requièrent un contrôle moteur plus « précis » comme par exemple la danse, il est souhaitable d'avoir un rachis avec moins de co-activation
musculaire et plus de souplesse (30).
Dans le cas d'un rachis asymptotiquement stable, par exemple lorsqu'une personne attrape un objet qu'on lui lance, un rachis stable va permettre une légère déviation
par rapport à la position initiale, mais pas assez pour produire une lésion. Le rachis revient aisément à la position de départ à la fin du geste (30).
Pour que le système soit stable, il est aussi nécessaire que, lorsque le rachis se dévie de sa position ou de sa trajectoire de départ, il reste à proximité de la
trajectoire ou de sa position de départ. Mais encore, l'aire d'amplitude du mouvement ou de déplacement du rachis, doit être délimitée pour que le rachis soit considéré
comme un système stable. L'amplitude de l'aire dans laquelle le système se déplace doit aussi être proportionnelle à l'intensité de la perturbation. Si l'aire du mouvement
du rachis ou d'une unité inter-vertébrale est la même lors d'une perturbation de faible intensité que lors d'une déviation d'une intensité beaucoup plus importante, le système est considéré comme instable.
D'après Reeves et al. (30) il n'est pas correct de parler du degré de stabilité d'un système, car un système est soit stable soit instable, il n'y a donc pas de degré
de stabilité. En fait cette erreur semble venir de la confusion entre le terme stabilité et robustesse (robustness en anglais (30)). Par exemple, les exercices de gainage du dos,
ne rendent pas le rachis plus stable mais plus robuste, c'est à dire que l'on obtient avec l'entrainement un plus grand degré de coactivation musculaire (raideur active),
ce qui rend le rachis plus robuste et réduit le risque de blessure. Mais cela n'augmente pas le degré de performance du système de stabilisation dynamique.
La précision et la vitesse de réaction sont aussi deux attributs importants dans tout système de contrôle (dans ce cas de contrôle moteur). Pour une efficacité optimale
du système de stabilité , le retour à la position initiale doit être fait dans un court intervalle de temps.
Le feed-back ou contrôle rétroactif joue un rôle majeur dans le maintien de la stabilité dynamique du rachis. La position et la vitesse de déplacement du rachis sont
renseignées grâce aux informations fournies par les fuseaux neuro-musculaires et autres mécanorécepteurs (4). Dans ce modèle de stabilité, lorsque le tronc et donc le
rachis bouge dans une trajectoire déterminée, si lors de ce mouvement le rachis est dévié de sa trajectoire par un moment force déstabilisant, une nouvelle réaction musculaire
déclenchée par des informations proprioceptives va s'additionner à l'activité musculaire déjà présente, avec le but de maintenir la stabilité dynamique du système (maintien du rachis dans la trajectoire initial) (30).
Au niveau du rachis, il y a aussi (comme dans le cas du contrôle postural ou de l'équilibre dynamique) un système proactif (feedforward en anglais) qui peut augmenter
la coactivation des muscles du rachis avant une perturbation, par exemple avant un placage en rugby. Cette coactivation musculaire va augmenter la raideur active et donc protéger le rachis d'une éventuelle lésion (11,30).
En somme, un système de stabilisation fonctionnant d'une façon optimale va utiliser la stratégie de contrôle moteur qui minimise les dépenses métaboliques tout en
maximisant le degré de performance du système.
Paris définissait l'instabilité vertébrale comme « une condition dans laquelle l’intégrité normale des ligaments et des muscles du rachis est insuffisante pour prévenir que des forces normales agissant sur le rachis produisent des mouvements aberrants (au niveau intervertébral) tels quels que des glissements, des translations et des secousses » (24).
Il existent autant de définitions d'instabilité vertébrale que de modèles de stabilité, sans parler des définitions utilisées selon le contexte professionnel, par exemple le concept de stabilité n'est pas le même pour un bio-mécanicien que pour un chirurgien orthopédiste.
Les termes d'hypermobilité et d'instabilité sont parfois utilisés comme des synonymes, mais si en effet dans les deux circonstances, on retrouve une amplitude articulaire plus ample que la normale, dans le cas de l'instabilité, il existe en plus d'une augmentation des limites d'amplitude articulaire, une absence de contrôle moteur (15).
Autrement dit, dans le cas de l'instabilité, il s'agit d'une dysfonction pathologique alors ce qui n'est pas forcément le cas dans l'hypermobilité. Toutefois cette différenciation ne semble pas très claire dans la littérature et les deux termes s'utilisent de manière équivalente (36).
La stabilité structurelle dépend essentiellement de facteurs biomécaniques ainsi que de l'intégrité des surfaces articulaires, de la capsule articulaire, des ligaments et des disques (5,12,21,34). La stabilité structurelle a été définie comme la capacité à maintenir des rapports normaux entre les vertèbres lors des mouvements physiologiques (34).
Au niveau de l’imagerie, les radiographies dynamiques du rachis qui montrent une amplitude en flexion-extension de plus de 10° ou une translation de plus de 4 mm sont considères comme montrant une instabilité significative et pathologique (14).
Les motifs d'apparition d'une instabilité structurelle sont nombreux (5,12,25) :
En traumatologie, une lésion instable est une lésion qui peut potentiellement se déplacer et causer une atteinte au niveau médullaire ou périphérique. Par exemple, dans le cas d'un traumatisme grave dans un accident de voiture, il peut y avoir une fracture de l'apophyse odontoïde, avec un risque important de lésion grave de la moelle épinière et des troubles neurologiques tel qu'un syndrome de Brown-Sequard. Le traitement chirurgicale par arthrodèses ou prothèses discales est souvent utilisé lorsqu'il y a une instabilité structurelle avec compression des structures nerveuses (12,14,29).
D'après cet auteur, il s'agit d'une diminution significative de la capacité du système de stabilisation de la colonne à maintenir les zones neutres intervertébrales dans les limites physiologiques afin de prévenir une dysfonction neurologique, une déformation ou une douleur invalidante (21,23, 35).
Panjabi émet l'hypothèse que la zone neutre est un meilleur indicateur d'instabilité vertébrale que l'est la zone de mobilité intervertébrale complète (ROM). Car d'après lui, dans certains cas de changements dégénératifs au niveau du rachis, il peut avoir une augmentation de la zone neutre sans altération de la mobilité totale. L'instabilité articulaire intervertébrale serait surtout due à un changement dans l'amplitude de la zone neutre plutôt qu'à une augmentation excessive de la mobilité articulaire (22,23).
La défaillance d'un ou plusieurs des trois sous-systèmes (passif, actif, contrôlé) peut être à l'origine de l'instabilité. En revanche, l'insuffisance d'un des sous-systèmes peut être compensée par l'activation d'un autre. Par exemple, dans le cas d'un spondylolisthésis, ( une défaillance du sous-système passif), l'instabilité structurelle peut être compensée par le sous-système actif et le système de contrôle neuromusculaire, n'ayant donc pas d'instabilité fonctionnelle ni de symptomatologie (22,33).
De nombreux articles avancent l'idée qu'il y a des changements au niveau du contrôle moteur des muscles du tronc, chez des sujets ayant souffert de lombalgie. Par exemple, Sodelber et Barr (32) trouvaient une diminution du degré de co-contraction entre les extenseurs du rachis et les muscles abdominaux lorsque des sujets avec des antécédents de lombalgie, se relèvaient d'une chaise. Kaigle et al. (11) décrivaient une absence de relaxation au niveau des érecteurs du rachis, à la fin de l'amplitude d'un mouvement de flexion du tronc en position assise. Hodges et al.(9) avaient réalisé des mesures électromyographiques (au niveau des érecteurs du rachis et des muscles abdominaux) chez des sujets avec des antécédents de lombalgie et un groupe contrôle des sujets sains, lors d'une tâche avec des mouvements des membres supérieurs à basse, modérée et haute vitesses. Les résultats de cette étude montrent un retard significatif au niveau de l'activation préalable, proactif, des muscles abdominaux (notamment au niveau du transverse de l'abdomen et de l'oblique interne), lors des activités avec des mouvements rapides des membres supérieurs dans le groupe avec des sujets avec lombalgie (il y avait donc une efficacité moindre du mécanisme stabilisateur proactif ou feed-forward).
D'après Panjabi et al., une diminution de l’intensité de la raideur active au niveau inter-vertébral est associée à l'instabilité clinique du rachis (23, 33, 35). En effet, l'absence ou la diminution de la raideur active dans n'importe quel degré de liberté du rachis signifie que les forces qui contrebalancent le rachis sont diminuées. Cela peut être interprèté comme une défaillance du mécanisme rétroactif ou de feed-back. Il est possible alors que le système nerveux central va compenser le manque de raideur active et de stabilité inter-vertébrale par une augmentation de la coactivation des muscles du tronc pour maintenir la stabilité rachidienne. Cholewicki (6,7) avait montré qu'une petite augmentation de la coactivation des muscles du tronc, 1-2% de la contraction volontaire maximale, était suffisante pour compenser le manque de raideur active inter-vertébrale. Plusieurs études ont prouvé que lors de la réalisation de certaines tâches, les personnes avec des antécédents de lombalgie, ont une tendance à avoir un plus grand dégré de coactivation des muscles du tronc par rapport à des sujets sains.
Toutefois, depuis le point de vue du modèle de stabilité dynamique, l'utilisation d'un plus grand degré de coactivation musculaire et donc un plus grand degré de raideur active ne rend pas toujours le système plus performant car il a moins de possibilités de modulation de l'activité musculaire en fonction de la tâche à accomplir. Reeves et al. (30) avaient fait une expérience dans laquelle, il demandait aux sujets de garder l'équilibre sur une surface instable. Dans cette étude les sujets qui avaient un degré de coactivation relativement trop élevé (pour la tâche à accomplir) avaient beaucoup plus de difficultés à garder l'équilibre. En effet, dans la cas d'une tâche qui implique le maintien de l'équilibre, on peut constater premièrement que l'augmentation de l'activation musculaire et donc de la raideur active, dans une partie du système (rachis lombaire), n'augmente pas toujours le degré de raideur active de la totalité du système (tout le rachis). Et deuxièmement parce que le rachis a un plus grand degré de coactivation et donc moins de mobilité causée par l'augmentation de la raideur active, dans des tâches qui impliquent un contrôle postural plus fin, le mécanisme de contrôle rétroactif (feed-back) est moins précis et cela a pour conséquences : un déplacement moins précis du rachis pour retrouver l'équilibre (mouvement plus ample et moins bien coordonné) ainsi qu'un plus grand degré de contraction musculaire pour déplacer un rachis excessivement « verrouillé » lors d'une tâche qui normalement nécessite plus de souplesse et de réactivité (3, 6, 13).
Certains auteurs pensent que la diminution du nombre fibres toniques au niveau des muscles du tronc, pourrait expliquer cette tendance à augmenter le degré de coactivation (16). D'un autre côté lorsque ces sujets avec antécédent de lombalgie, retrouvent des circonstances où le rachis est soumis à des charges soudaines (par exemple rattraper un objet qui tombe au sol), il y aura plus de risque de lésion au niveau du rachis, puisque le mécanisme de feed-back réagit avec un temps de retard.
Preuss et Fung (28) dans une revue sur les liens entre lombalgie et instabilité vertébrale, suggèrent qu'une erreur au niveau du contrôle neuro-musculaire peut potentiellement causer un comportement d'instabilité segmentaire. Ces mêmes auteurs évoquent aussi que l'activation excessive des muscles du système local (par exemple le multifidus) juste après une période d'instabilité transitaire, pourrait entrainer une lésion tissulaire si le degré de tension musculaire dans ces petits muscles, dépasse les limites de la résistance mécanique musculaire. Cela pourrait expliquer le déclenchement d'une lombalgie aiguë lors de la réalisation d'un geste relativement banal tel que récupérer un journal qui est tombé par terre.
Il existe dans la littérature plusieurs modèles qui expliquent le fonctionnement du système de stabilisation du rachis. Les définitions et les hypothèses sur l'instabilité du rachis sont également nombreuses : par exemple, l'instabilité structurelle, clinique ou fonctionnelle. Chaque concept repose sur un modèle plus ou moins bien argumenté dont les plus récents dévoilent de plus en plus la complexité du système. Les dysfonctions dans chacun des trois sous-systèmes interactifs (passif, actif, contrôlé) soit résultants d'une cause traumatique ou dégénérative, soit d'une dysfonction du système neuro-musculaire (par exemple chez des sujets avec des antécédents de lombalgie) semblent être à l'origine de l'instabilité du rachis.
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