Avec la collaboration de Karine Langlois et Santiago del Valle
Dessins de Michel Dufour
Table des matières
Couverture
Page de titre
Page de copyright
Remerciements
Préface de la première édition
Préface
Présentation de l'ouvrage
Orientation
Structure
Partie I: Données fondamentales
Abord général
Réflexion sur le « bio »
Caractéristiques humaines
Éléments interférents
Chapitre 1: Données fondamentales de la mécanique appliquées à l'étude du mouvement humain
Appareil musculo-squelettique
Grandeurs mécaniques et représentations
Lois du mouvement et domaines d'études de la biomécanique
Résistance des matériaux (RDM)
Relation d'un matériau visco-élasto-plastique
Outils et méthodes de la biomécanique
Machines simples
Chapitre 2: Domaines d'étude de la biomécanique fonctionnelle
Définitions
Mobilités
Stabilité
Contraintes
Abord fonctionnel
Chapitre 3: Caractéristiques physiques des tissus vivants
Os Muscle
Tendon
Articulation
Cartilage
Liquide synovial
Capsule, synoviale
Ligament
Peau
Chapitre 4: Grandes fonctions
Organisation corporelle
Station debout (Homo erectus)
Position assise
Position couchée
Marche
Course, saut et réception
Circulation de retour
Préhension
Chaînes fonctionnelles
Comparaison mécanique des membres
Partie II: Le membre inférieur
Chapitre 5: Hanche
Base de réflexion
Rappels anatomiques
Mobilités
Stabilité
Contraintes
Chapitre 6: Genou
Base de réflexion
Rappels anatomiques
Mobilités
Stabilité
Contraintes
Chapitre 7: Cheville
Base de réflexion
Rappels
Mobilité
Stabilité
Contraintes
Chapitre 8: Pied
Base de réflexion
Rappels anatomiques
Mobilité
Statique
Dynamique
Variations
Partie III: Le membre supérieur
Chapitre 9: Épaule
Base de réflexion
Prérequis morpho-anatomiques
Mobilités
Stabilité
Contraintes
Chapitre 10: Coude
Base de réflexion
Prérequis morpho-anatomiques
Mobilités
Stabilité
Contraintes
Chapitre 11: Poignet
Base de réflexion commune au poignet et à la main
Introduction propre au poignet
Prérequis morpho-anatomiques
Mobilités
Stabilité
Contraintes
Chapitre 12: Main
Introduction propre à la main
Prérequis morpho-anatomiques
Mobilité analytique des doigts longs
Mobilité analytique de la colonne du pouce
Mobilités non analytiques
Stabilité
Contraintes
Partie IV: Rachis et tête
Chapitre 13: Rachis
Base de réflexion
Prérequis morpho-anatomiques
Mobilités
Stabilités
Contraintes
Chapitre 14: Régions du rachis
Rachis cervical inférieur
Rachis thoracique
Rachis lombal
Chapitre 15: Charnières du rachis
Charnière cranio-cervicale
Charnière cervico-thoracique
Charnière thoraco-lombale
Charnière lombo-sacrale
Jonction sacro-iliaque
Chapitre 16: Tête (crâne et face)
Base de réflexion
Prérequis morpho-anatomiques
Mobilités
Stabilité
Contraintes
Chapitre 17: Annexes
Annexe 1 Tableau des symboles et définitions des quantités biomécaniques (Organisation mondiale de la santé, 1975)
Annexe 2 Table anthropométrique
Annexe 3 Rapport de longueur des segments corporels
Partie V: QROC
Chapitre 18: Questions
Chapitre 1. Données fondamentales de la mécanique appliquées à l'étude du mouvement humain
Chapitre 2 Domaines d'étude de la biomécanique fonctionnelle
Chapitre 3 Caractéristiques physiques des tissus vivants
Chapitre 4. Grandes fonctions
Chapitre 5. Hanche
Chapitre 6 Genou
Chapitre 7 Cheville
Chapitre 8. Pied
Chapitre 9. Épaule
Chapitre 10 Coude
Chapitre 11 Poignet
Chapitre 12. Main
Chapitre 13. Rachis
Chapitre 14 Régions du rachis
Chapitre 15 Charnières du rachis
Chapitre 16. Tête (crâne et face)
Chapitre 19: Réponses
Chapitre 1 Données fondamentales de la mécanique appliquées à l'étude du mouvement
humain
Chapitre 2. Domaines d'étude de la biomécanique fonctionnelle
Chapitre 3 Caractéristiques physiques des tissus vivants
Chapitre 4 Grandes fonctions
Chapitre 5. Hanche
Chapitre 6. Genou
Chapitre 7 Cheville
Chapitre 8 Pied
Chapitre 9. Épaule
Chapitre 10. Coude
Chapitre 11 Poignet
Chapitre 12 Main
Chapitre 13. Rachis
Chapitre 14. Régions du rachis
Chapitre 15 Charnières du rachis
Chapitre 16 Tête (crâne et face)
Index
Page de copyright
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Elsevier Masson SAS, 65, rue Camille-Desmoulins, 92442 Issy-lesMoulineaux cedex www.elsevier-masson.fr
Remerciements
1re édition. Nous remercions Monsieur le Professeur Claude Faure et Monsieur Éric Viel† pour l'autorisation à reproduire leurs documents, ainsi que Monsieur Philippe Seyres pour sa contribution à la présentation de la mécanique du tendon.
2e édition. Nous remercions Monsieur Jean Signeyrole pour son aide, ainsi que Monsieur Lavaste et Madame Hélène Pillet pour leur appui.
Préface de la première édition
En lisant cet ouvrage extrêmement complet, deux réactions se font jour : admiration pour un travail énorme, puis gratitude parce que quelqu'un d'autre s'est chargé de la rédaction d'un ouvrage aussi important, difficile à réaliser sur un sujet ardu. Les auteurs ont assimilé l'adage « qui veut être compris doit s'informer de ce qu'attend le lecteur », ils ont parfaitement répondu à trois attentes :
– l'étudiant qui lira ce texte de bout en bout pour être parfaitement documenté ; – le professionnel averti qui sélectionnera un chapitre en fonction de ses besoins ;
– l'enseignant qui assignera des portions pour lecture attentive en fonction de ses cours
La connaissance accumulée dans l'ouvrage est chaque fois structurée de manière abordable, et elle est simultanément exhaustive et à jour, illustrant l'adage que « si l'on a le courage d'enseigner, on se doit d'actualiser ses connaissances ». Les auteurs, Michel Dufour et Michel Pillu, sont tous deux enseignants, ils ont le souci d'être compris, et ont réussi à rendre le texte attirant.
La biomécanique fournit le substrat de la kinésithérapie et de la rééducation-réadaptation, par une compréhension du mouvement idéal et de sa perturbation. Dans ce texte, rien ne manque. Chacun des chapitres démarre par une « base de réflexion » qui peut asseoir un Enseignement par Résolutions de Problèmes (ERP) dont l'usage se généralise. Le texte fournit aux « apprenants », quel que soit leur âge, l'essentiel de ce qu'ils doivent connaître, qu'il s'agisse de l'usure de la hanche chez le vieillard ou de la désaxation rotulienne de la jeune fille. De plus, si le formateur a démarré un « blog » sur Internet, il peut demander des commentaires rédigés par ses élèves, réalisant l'idéal souvent évoqué de la « classe sans murs ».
Le manuel sert de base à de nombreuses réflexions, présentant la
biomécanique en corollaire du sens clinique. La structure même de l'ouvrage facilite l'accession à la connaissance, grâce à des exemples variés et simples, rapidement compris, qui permettent d'appréhender le fonctionnement de l'humain normal et pathologique. Il peut s'agir de l'équilibre du corps ou de l'utilisation de la main, les détails sont présents ainsi que les références bibliographiques.
Le chapitre « colonne vertébrale et tête » est trop important pour être escamoté. Les auteurs ont fait ici un remarquable travail d'explication de structures souvent complexes, gardant un œil sans cesse fixé sur les problèmes de statique, mais faisant la différence entre stabilité statique et stabilité dynamique, en les séparant tous deux des problèmes de mobilité rencontrés quotidiennement en rééducation. L'intérêt réside là précisément : le clinicien y trouvera de précieuses indications et une base pour asseoir ses interventions thérapeutiques. Caractéristique peu fréquente, dans cet ouvrage la théorie et l'application pratique figurent au côte à côte.
Deux extrémités vertébrales sont souvent oubliées lors des cours de kinésithérapie : la tête et le bassin. On doit savoir gré aux auteurs de l'ouvrage, qui fournissent d'abondantes précisions sur ces deux régions. Ils n'ont pas oublié la jonction crânio-rachidienne, siège de bien des douleurs pour nos patients, et de bien des phantasmes non vérifiés pour de nombreux collègues.
Grâce à l'index très détaillé, il sera possible de se repérer rapidement, pour trouver au premier coup d'œil le « rétinaculum patellaire » ou « l'angle Q fémoro-tibial ». Pour les étudiants, il s'agira sans doute de « tout ce que vous voulez savoir, et que vous n'avez jamais osé demander », y compris de redoutables formules comme celle du module de Coulomb.
Les illustrations sont lisibles et utiles, grâce au talent de dessinateur de Michel Dufour. Lorsqu'elles sont réduites à l'état de croquis, elles restent vivantes et parlantes, soulignant l'action. C'est bien l'objectif de la kinésithérapie : favoriser l'action et rendre possible de nouveau un mouvement perturbé.
Éric Viel† , Secrétaire Général de l'AFREK
† Décédé.
Préface
Il est toujours très difficile d'associer des disciplines de nature différentes et cependant c'est à l'interface des spécialités qu'apparaissent les plus grands développements et les innovations majeures. La biomécanique est justement une discipline d'interface, elle se situe à l'interface des sciences de la vie et des sciences de l'ingénieur. C'est bien ce qui apparaît dans ce document.
Dans cet ouvrage, extrêmement complet, les auteurs ont su habilement associer ces deux disciplines en présentant de façon très abordable les liens entre la rééducation–réadaptation et la mécanique. Le mécanicien modélise le corps humain comme il modélise les ensembles matériels, avec une ossature, des fluides, des moteurs, des échangeurs d'énergie, des filtres, des systèmes d'asservissement… Le thérapeute connaissant dans le détail le fonctionnement du corps humain, notamment le rôle fonctionnel des muscles et des articulations dans les situations statiques ou dynamiques, peut s'emparer des modélisations du mécanicien et trouver le compromis entre les modèles rigoureux mais aussi caricaturaux du mécanicien et les applications dans sa pratique clinique, l'association de ces connaissances permettant de mieux comprendre et mieux traiter les désordres apparaissant.
Ce manuel a le grand mérite d'expliquer de façon simple le comportement de structures souvent complexes, grâce à des schémas mécaniques compréhensibles et des illustrations très pertinentes. Cette nouvelle édition précise et enrichie l'étude de la mécanique appliquée à l'analyse du corps dans ses aspects statiques et dynamiques, tout en conservant la spécificité de l'ouvrage qui met en exergue les finalités fonctionnelles du mouvement. Cet ouvrage permettra de développer
l'intuition mécanique des professionnels du mouvement et sa compréhension des phénomènes biomécaniques, pour le plus grand bénéfice des patients et des personnes en situation de handicap.
Pr. François Lavaste, Professeur émérite, Institut de biomécanique humaines
Georges Charpak – Arts et Métiers ParisTech
Hélène Pillet, Maître de conférences, HDR, Institut de biomécanique humaines
Georges Charpak – Arts et Métiers ParisTech
Présentation de l'ouvrage
Orientation
Il ne s'agit ni d'une étude exhaustive sur telle ou telle partie du corps, ni d'une somme des connaissances en matière de mécanique humaine. Ce livre a une prétention pédagogique ; il est plus préoccupé par la compréhension fonctionnelle de l'organisation des structures, que par la thésaurisation de connaissances fondamentales. Il s'agit plus d'être juste que précis. Cela inclut des schématisations, des simplifications, mais aussi des hypothèses et des exemples. Le but est de retenir l'essentiel et d'en déduire une optique fonctionnelle et thérapeutique. L'étude ne doit pas nier le pragmatisme, mais au contraire y coller au plus près1 . L'orientation privilégiée est essentiellement (ré)éducative.
Structure
Après une présentation des généralités fondamentales de la mécanique humaine, ce livre aborde les différentes régions du corps humain, divisé en zones correspondant à des unités fonctionnelles : épaule, genou, rachis cervical, etc. Pour chacune d'elles, le point est fait sur les caractéristiques anatomiques essentielles, c'est-à-dire celles ayant des incidences pratiques ; viennent ensuite des considérations mécaniques concernant la mobilité, la stabilité, puis les contraintes. Un certain nombre d'idées clés sont proposées en conclusion.
1 Un ancien dirigeant politique, dans un discours aux paysans de son pays, disait : « Paysans, faites pousser vos pommes de terre, dans 20 ans il y aura des scientifiques pour vous expliquer pourquoi elles poussent. »
PARTIE I Données fondamentales
Abord général
Réflexion sur le « bio »
Le biologique a envahi les connaissances du monde actuel. Le « bio » est devenu une valeur sûre, garante de naturel et de bon, face à un monde mécanisé, informatisé et pollué. Or le « bio » n'est pas forcément bon : les microbes et les armes biologiques sont là pour nous le rappeler. Le « bio » est simplement l'existence du vivant face à l'inerte. La mécanique du « bio » est donc différente de celle des machines, même si, par commodité, on tente des comparaisons. Ficat (1987) disait : « Une conception abstraite et purement mathématique de la biomécanique ne peut avoir qu'une valeur approximative et indicative, car elle reste trop éloignée de la réalité biologique. »
Le comportement d'un matériau fait appel à des qualités physiques ; le comportement de l'homme, ou de l'animal, y ajoute deux notions fondamentales, au sens fort du mot : celle de créer et celle de contrôler ses actes (contrôle psycho-neuro-endocrinien).
La mécanique ne connaît que la dégradation (une voiture neuve est toujours en meilleur état qu'une d'occasion), alors que l'être humain se répare et se prolonge : la peau abîmée se cicatrise, l'os aussi, les cellules se reproduisent, contrairement à une carrosserie de voiture qui ne se régénère pas… Un organisme vivant développe sa puissance en fonction de l'entraînement à l'effort demandé, contrairement à un moteur, figé dans ses capacités. Enfin, il se prolonge car, comme le remarque Kapandji (1986) « deux animaux se prolongent vite par un troisième, alors que deux voitures restent irrémédiablement célibataires1 ».
L'examen du malade prend en compte les défauts mécaniques et
rarement ceux du comportement initiateur. De même, un traitement diffère du travail d'un garagiste, qui corrige des défauts, car le soignant doit induire des gestes qui poussent l'organisme, et donc le patient, à opérer lui-même l'évolution réparatrice. Le soignant soigne, le malade se guérit… et parfois malgré le soignant.
Caractéristiques humaines
Il faut situer l'être humain dans son environnement spatial et temporel. On connaît le règne animal et ses diverses fortunes : quelles sont les caractéristiques de l'être humain ?
– Un premier point réside dans la position de l'homme au sommet de la pyramide de l'évolution animale. Il en représente la forme connue la plus performante, la plus sophistiquée. Certains estiment que l'évolution biologique a cessé ses grandes mutations et qu'elle va dorénavant marquer le pas, laissant la place à une évolution avant tout socioculturelle. Même s'il ne s'agit que d'une opinion, cela souligne que tout, en l'homme, est au service de la communication sociale, de son psychisme et de sa vocation de (co)créateur.
– Un second point se résume à une affirmation paradoxale : l'être humain est le spécialiste de la non-spécialisation. En effet, chaque chose accomplie par un être humain peut l'être mieux par un animal : un zèbre court plus vite, un poisson nage mieux, un oiseau vole, un kangourou saute mieux, etc. En revanche, l'homme est le seul à pouvoir tout faire, et même s'il ne peut voler par lui-même, il utilise ses capacités intellectuelles pour fabriquer des avions. Sa spécialité est de tout faire, grâce à un cerveau évolué accédant à la créativité.
Éléments interférents
Chaque région corporelle doit être intégrée dans le complexe d'un membre ou du tronc, puis dans celui du comportement global de l'individu. Mais d'autres aspects interfèrent ; on donne ici les principaux.
Psychisme
Le fait qu'un individu de grande taille se tienne voûté ne requiert pas seulement des solutions mécaniques, mais demande de prendre également en compte son psychisme face à ses congénères2 .
Données ethnoculturelles
Les choix positionnels sont aussi élaborés en fonction de schémas culturels. Ainsi, parler en regardant son interlocuteur droit dans les yeux est considéré comme de la franchise et de la politesse chez les gens du Nord, mais comme de l'arrogance chez les gens du Sud. Inversement, le fait de baisser les yeux en parlant est considéré comme de la modestie dans le Sud, et comme de l'hypocrisie dans le Nord. Les civilisations, cultures ou ethnies apportent aussi leur lot d'habitudes et de capacités à les assumer3 . La thérapie humaine prend dorénavant en compte ce que l'on nomme l'ethnomédecine.
Milieu socioprofessionnel
C'est une variante culturelle qui se conjugue sur le mode social. Dans une même culture régionale, les notables et les couches démunies n'ont pas les mêmes attitudes. Des erreurs comportementales, dans le cadre des soins physiques, peuvent expliquer des échecs thérapeutiques.
Sexe
Indépendamment des variables culturelles, il existe des attitudes plus typiquement féminines ou masculines. Sans chercher à faire la part de l'acquis ou de l'inné, il est nécessaire de tenir compte des différences afin de mieux répondre à la demande, consciente ou non, d'un patient donné : un homme et une femme n'ont pas la même démarche, ni les mêmes gestes, ni la même posture (l'état de grossesse est un exemple évident).
Données morphologiques
Elles dérivent, pour une part, des données sexuelles, mais, dans une même population sexuelle, il existe des gabarits extrêmement variés, que ce soit pour des raisons génétiques, hormonales ou alimentaires. Ces données modifient non seulement la catégorie de l'individu (bréviligne, longiligne, asthénique), mais aussi ses aptitudes physiques et son sens de l'effort. Sont à prendre en compte également les variations propres à un individu donné : amaigrissement, régime, état de grossesse, poussée de croissance, développement particulier d'une partie du corps, antécédents pathologiques (par exemple, amputation, paralysie).
Âge
Il est présent à toutes les phases de la vie : la statique d'un jeune enfant diffère d'avec celle de l'adolescence, l'âge adulte ou la vieillesse.
Entre la pédiatrie et la gériatrie, il existe une infinité d'intermédiaires qui ne tiennent pas seulement compte de l'âge civil, mais de l'âge biologique, mental, et même de l'âge que l'individu cherche à paraître.
Données ethnogéographiques
C'est un domaine d'analyse délicat, tant en raison des idées préconçues, qu'en raison de la pluralité des modifications pouvant agir sur l'individu : le climat, les habitudes alimentaires locales et, parfois même, les interventions purement humaines (déformations rituelles).
L'être humain vit dans un milieu physique régi par des lois4 . Cellesci interviennent de façon permanente dans son évolution et ses conditions de vie. En kinésithérapie, la biomécanique met souvent en parallèle l'étude de la statique et de la dynamique, avec leur corollaire de stabilité pour la première ou d'instabilité pour la seconde (cf. figure ci-dessous). Or ces relations ne sont pas correctes ; un cycliste a, par exemple, plus d'équilibre en roulant qu'à l'arrêt. Notre travail est donc une tentative de simplification, tout en cherchant à fournir des
axes de réflexion. Les connaissances mécaniques fondamentales sont une aide.
Le statique est souvent synonyme de stabilité (a) et le dynamique d'instabilité (b), mais cela n'est pas toujours vrai.
1 Toutefois, un ordinateur peut se cloner, mais sans le pouvoir fondamental du hasard génétique.
2 Les exercices en extension et le développement des muscles érecteurs du rachis chez un timide se tenant en position cyphosée en feront peut-être un timide musclé, mais pas un individu se tenant en position érigée normale
3 Par exemple, les civilisations n'utilisant pas la chaise pour s'asseoir.
