Anatomy and elastography of the paraspinal muscles
Les muscles paravertébraux lombaires : de l’anatomie à l’étude en élastographie ultrasonore et par résonance magnétique, appliquées à la lombalgie chronique
Résumé
Knowledge about the anatomy and the mode of action of the lumbar paraspinal muscles is major importance for the management of low back pain. Surgical experience shows that the paraspinal muscles constitute a voluminous muscle mass without large tendons and enclosed in an inextensible fascia. In biomechanics, the maximum strength of a muscle is positively correlated to the cross-sectional area of tendons and the muscle belly. Therefore, there is a paradox between the presumed high strength of the voluminous muscle belly and the low strength of the tendons. Traditional biomechanical models seem inappropriate for describing the mode of action of the paraspinal muscles. According to the beam theory, increasing elasticity within the paraspinal compartment would allow the stabilization of the spine.The work has two broad objectives. The first objective was to assess the assumption that there is an inconsistency betwenn the cross-sectional area of the tendon and of the belly of the main paraspinal muscles, i.e. the multifidus, the longissius and the iliocostalis. The second objective was to establish elastography protocols with magnetic resonance imaging and ultrasonography for the exploration of the elasticity of the paraspinal muscles at rest and in several different postures. Results of the anatomical studies show that the tendon-to-muscle area ratios of the longissimis and the iliocostalis were extremely small, as well as cross-sectional area of the belly of the multifidus. That suggests that paraspinal muscles are not able to provide the dorsal extension of the spine during muscle contraction. Rather, they seem to stabilize the spine by providing it with a certain rigidity ensured by a substantial muscle volume contained in an inextensible compartment. Through elastography, we have shown that the elasticity of the paraspinal muscles was the lowest at rest, in decubitus. Elasticity was not influenced by passive flexion or extension of the spine, nor by the stretching of the thoracolumbar fascia. Elasticity increased during sitting, standing, bending forward and bending backward the compared to decubitus. The biomechanical behaviour of the longissimus, the iliocostalis and multifidus differed according to the postures. This work confirms that there are significant changes in elasticity during standing postures. Low back pain is associated with stiffness changes of the spine and of the paraspinal muscles that have been observed through clinical examination. In the future, elastography could allow exploring low back pain.
La connaissance de l’anatomie des muscles paravertébraux lombaires et la compréhension de leur mode d’action représentent un enjeu majeur de la prise en charge des lombalgies. L’expérience chirurgicale montre que les muscles paravertébraux constituent une volumineuse masse musculaire dépourvue de gros tendons et engainée dans un fascia inextensible. En biomécanique, la force maximale d’un muscle est positivement corrélée à la surface de section des tendons et du corps charnu. Il existe probablement, au niveau lombaire, une étonnante discordance entre le volume musculaire, qui suggère une force élevé, et celui des tendons dont la résistance mécanique est très limitée. Les modèles biomécaniques classiques semblent inappropriées pour décrire le mode d’action des muscles paravertébraux. Selon certains modèles biomécaniques dérivés de la théorie des poutres, l’augmentation de la dureté ou élasticité au sein du compartiment paravertébral serait le mécanisme principal de la stabilisation de la colonne vertébrale.Ces travaux se sont articulés autour de deux grands axes. L’axe anatomique avait pour objectif de vérifier l’hypothèse de la discordance morphologique tendon/muscle des principaux muscles paravertébraux lombaires. L’axe radiologique avait pour objectif la mise en place de protocoles d’élastographie par résonance magnétique et ultrasonore pour l’exploration de l’élasticité des différents muscles paravertébraux lombaires au repos et dans plusieurs postures différentes.Les résultats des travaux anatomiques montrent un ratio de surface tendon/muscle du multifudus et de l’iliocostalis extrêmement bas et une petite surface de section du multifidus suggérant que muscles ne sont pas capables de générer l’extension dorsale de la colonne lors de la contraction musculaire. Ils semblent plutôt stabiliser la colonne vertébrale en lui assurant une certaine rigidité assurée par un volume musculaire conséquent confiné dans une loge inextensible. Au moyen de l’élastographie, nous montrons que l’élasticité des muscles paravertébraux est la plus basse au repos, en décubitus et qu’elle n’est pas influencée par la flexion ou l’extension passive de la colonne, ni par l’étirement du fascia thoracolombaire. L’élasticité augmente lors des positions : assise, debout, penchée en avant et en arrière. Le comportement biomécanique de chaque muscle est différent selon les postures. Ces travaux confirment qu’il existe des modifications significatives de l’élasticité lors de la mise en charge de la colonne. Les lombalgies sont associées à des modifications d’élasticité de la colonne et des muscles paravertébraux observées lors de l’examen clinique, l’élastographie pourrait permettre de les explorer et de les caractériser de façon objective et non invasive.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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