PRATIQUE

 

 

Les propriétés mécaniques des ligaments :
La résistance à la mise sous tension.

 

de Wouters d’Oplinter Vinciane, Vanden Bossche Sophie, Christiaens Samuel, Lecarte Philippe, Dawagne Catherine, Steenhaut Marie Chantal

1re licence en kinésithérapie, 2001 - Institut d’enseignement supérieur Parnasse - Deux Alice

Professeur : François Biebuyck

 

1.    Généralités

 

Le système ligamentaire conserve une orientation de base longitudinale mais il y coexiste des [L1] fibres orientées différemment. Ceci est du au fait que ceux-ci sont soumis à des contraintes variées ce qui détermine une structure incluant quelques fibres non orientées(voir figure n°1). Les ligaments sont des matériaux composites et incompressibles. Ils sont constitués de tissu conjonctif dense, de fibres collagènes et de fibres élastiques. Comme la capsule articulaire, les ligaments sont riches en vaisseaux et nerfs.

Le ligament nucal et les ligaments jaunes se composent de 2/3 de fibres élastiques ce qui les distinguent des autres ligaments. Leur teneur en fibres élastiques est si élevée qu’on appelle le tissu conjonctif de ces structures ‘tissu conjonctif élastique’ pour le distinguer du tissu conjonctif dense, où prédominent les fibres collagènes.

 

 

2. Le tissu conjonctif

 

Le tissu conjonctif dense régulier forme aussi des ligaments qui unissent les os dans les articulations. Les ligaments contiennent plus de fibres élastiques que les tendons et sont de ce fait légèrement plus extensibles.

La résistance d’un tissu conjonctif dense dépend du nombre de fibres, de leur densité et de leur organisation spatiale.

La présence de fibres élastiques dans le tissu conjonctif dense participe au comportement visco-élastique de ce dernier.

 

 

3. Les fibres collagènes

 

Les fibres collagènes sont principalement constituées de collagène, une protéine fibreuse. Les molécules de collagène sont sécrétées dans le liquide interstitiel ; là, elles s’assemblent spontanément pour former des fibres entrelacées. Les fibres collagènes ont une vitesse de renouvellement assez lente puisque leur demi-vie est estimée à environ 300-500 jours.

Les fibres collagènes sont extrêmement robustes et disposées longitudinalement dans l’axe des forces de traction (force longitudinale provoquant l’extension). En général, la résistance à la traction est supérieure à celle des os dans lesquels ils se fixent. Des essais ont démontré que les fibres collagènes sont plus résistantes que les fibres d’acier de même calibre !

 

 

4. Les fibres élastiques

 

Les fibres élastiques sont principalement composées d’une autre protéine fibreuse, l’élastine qui rend la matrice caoutchouteuse, c’est-à-dire à la fois souple et résistante aux chocs. L’élastine est enroulée irrégulièrement sur elle-même, ce qui lui permet de s’étirer et de reprendre sa forme. Les fibres élastiques sont un matériau fragile. Elles peuvent s’allonger de deux fois leur longueur, puis se rompent soudainement sans déformation. Quand le tissu conjonctif atteint un certain degré d’étirement, les épaisses fibres collagènes qui accompagnent toujours les fibres élastiques deviennent rigides. Puis, lorsque la tension se relâche, les fibres élastiques reprennent leur position initiale et redonnent au tissu conjonctif sa longueur et sa forme normales.

Comme les fibres élastiques sont jaunes, on les appelle parfois fibres jaunes. Les ligaments jaunes tels ceux de la colonne vertébrale sont très riches en fibres élastiques (2/3 de leurs fibres) et ont de ce fait une plus grande extensibilité. En station debout, les ligaments jaunes sont les seuls à être mis sous tension.

 

 

5. La résistance des ligaments

 

a) Généralités

 

Souvent les ligaments renforcent les capsules dans les zones où celles-ci sont le plus sollicitées (ligaments péri-articulaires de hanche par exemple) et peuvent jouer un rôle essentiel dans la stabilité d’une articulation. La fonction essentielle des ligaments découle de la constance de leur longueur, elle peut être résumée par l’inextensibilité.

Si les autres facteurs de stabilité ne sont pas suffisants, les ligaments peuvent toutefois être soumis à une tension excessive qui provoquera leur étirement. Des ligaments étirés ne reviennent jamais à leur position initiale, un peu comme du caramel ; d’autre part, ils se déchirent si l’étirement dépasse 6 % de leur longueur. La résistance des tendons et des ligaments humains est in vitro du même ordre, de 90 à 100 Newton/m2 (Mac Master).

Par conséquent, une articulation n’est pas très stable si ce sont des ligaments qui en constituent le principal moyen de soutien.

 

b) Caractéristiques mécaniques

 

Ils ont une grande résistance physique et une faible résistance physiologique ; ils sont plus résistants à la traction qu’à la torsion. Flexibles et souples ils sont peu extensibles et peu élastiques (sauf le ligament jaune).

Les courbes de résistance à la traction montrent quatre phases bien différentes. Après une première phase de mise en place et d’orientation des fibres, une phase de déformation élastique assez longue est variable avec chaque ligament. Parvenue à un certain seuil (force dite de « limite élastique ») survient une phase de déformation plastique irréversible et très courte. On obtient en effet assez vite la limite de rupture et la dernière phase est celle de rupture ligamentaire.

Les différentes mesures qui ont été faites donnent par exemple pour les ligaments croisés du genou chez l’homme une limite élastique de 40 à 50 kilos-force, une limite de rupture de 50-60 kilos. L’allongement élastique maximum est d’environ 25 %. L’allongement plastique maximum est d’environ 30 %. La simple étude de ces chiffres peut expliquer qu’il existe des entorses avec étirements ligamentaires mais, qu’en fait, ceux-ci ont la même signification qu’une rupture vraie. Pour des ligaments croisés de 22 à 25 mm de long, la déformation élastique ne dépasse pas 4 à 5 mm.

 

-         Situation après immobilisation :

L’immobilisation provoque le catabolisme du collagène ce qui rend les ligaments plus faibles. Une étude (Noyes, 1977) a montré qu’une immobilisation stricte de 8 semaines fait décroître de plus de 40 % la résistance à la rupture et la capacité à emmagasiner l’énergie des ligaments.

Une autre étude (Woo, 1987), trouve des déficits supérieurs à 70-80 %, après 9 semaines d’immobilisation.

Le temps de retour à la solidité mécanique antérieure est voisine de 12 mois. Après 5 mois, le déficit est encore de 20 %.

 

-         Facteurs de variabilité :

Les  variations individuelles sont notables. L’âge, le sexe et l’entraînement sportif sont parmi les facteurs déterminants. A partir de 40 ans, la résistance tend à diminuer ; elle est moins élevée chez la femme et chez les sédentaires.

La température des ligaments modifie aussi leurs qualités mécaniques. Suivant une expérience sur cadavre, on observe une rupture du ligament croisé à partir d’une tension de 1730 Newton chez une personne jeune et à partir de 734 Newton chez une personne âgée.

 

 

Lexique.

 

La visco-élasticité est le caractère d’un solide à la fois élastique et visqueux.

Visqueux = de consistance pâteuse, ni liquide ni solide, gras, gluant./qui possède une viscosité élevée.

La viscosité est la résistance au frottement qui s’oppose au déplacement des molécules les une par rapport aux autres. La viscosité est un caractère de ce qui est visqueux/résistance d’un fluide à l’écoulement uniforme et sans turbulence.

L’élasticité est la propriété que possèdent certains corps de reprendre leur forme quand la force qui les déformait a cessé d’agir.

 

 

Références bibliographiques :

 

  1. Borgi R. – Plas F. Traumatologie et rééducation : biomécanique, principes thérapeutiques : 1. Peau, muscles espaces de glissement ; Ed. Masson ; 1982.
  2. Marieb E. N.  Anatomie et physiologie humaines ;; Ed. De Boeck Université ; Canada, 1999.
  3. Woestyn  J. Etude du mouvement. Tome 2. L’anatomie fonctionnelle ;; Ed Maloine Prodim ; Bruxelles-Paris ; 1977.
  4. Garnier Delamarre.  Dictionnaire des termes de médecine ; Ed Maloine ; Paris, 1999.
  5. Petit Larousse illustré ; Librairie Larousse ; 1991.
  6. Bonne F.- Baldet P. - Blotman F. ; Biomécanique du tissu conjonctif ; Ann. Biol. Clin. 1986, 44 p 156-161.
  7. Renier J.C.  Introduction à la biomécanique du rachis lombaire ; Revue du Rhumatisme, 1988, 55 p 341-350.
  8. Noyes F. R. – Grood E.S. The strength of the anterior cruciate ligament in humans and rhesus Monkeys ; The journal of bone and joint surgery 1976, december, 58 (8), p1074/1082.
  9. Vaillant J. Biomécanique des tendons et ligaments ; Kiné scientifique juin 1999, n°390, p 48/49.
  10. Kénési C. Les forces auxquelles sont soumises les articulations ; Kinésithérapie scientifique n° 234 avril 1985, p 29/37.

 


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