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Il est impossible de se tenir debout en ce monde sans jamais se courber.
Proverbe japonais


Bipédie et verticalisation

 

 La scoliose, l'opprobre de l'orthopédie, est la déviation vertébrale la plus difficile à appréhender. Elle est la conséquence de la bipédie de l'homo sapiens.

 

 Certaines publications trouvent des scolioses chez les poissons comme ici Guppy.

 

 Si la scoliose dite "idiopathique" est l'une des caractéristiques de la bipédie, elle est également observée chez les poissons, mais il ne s'agit pas d'une scoliose idiopathique. La plupart du temps, il s'agit d'une malformation vertébrale congénitale. Il existe également des neuro-ectodermies chez certaines espèces de poissons ou des déficits en acide ascorbique.

 

 Chez ce baleineau, la malformation est congénitale. Comme chez tous les mammifères, le plan de fonctionnement étant le plan sagittal, il est difficile de nager.

 

 Au départ, le plan de fonction initial des reptiles et des dinosaures était le plan frontal. Les serpents actuels conservent ce mode de locomotion.

 

 La poussée ascendante d'Archimède qui annule presque toute la gravité disparaît. La lutte anti-gravitaire les oblige à ramper, face au sol, aplatis par leur volume. Ils doivent donc pousser latéralement sur leurs jambes étendues afin de libérer leurs côtes et de respirer correctement.

 

 Pour se déplacer sur terre, ils ont besoin d'une rotation autour de l'axe vertébral. L'association de l'inflexion latérale et de la rotation entraîne une extension de la colonne vertébrale (comme pour la scoliose).

 

 C'est le mouvement de la colonne vertébrale dans un plan sagittal qui va permettre le développement progressif des membres inférieurs. Les muscles vont migrer hors de la paroi abdominale. L'augmentation du volume de la structure musculaire des membres inférieurs permet la bipédie.

 

 Certains mammifères (baleines, dauphins) retournent à l'eau en conservant le mouvement de flexion-extension. Ils sont issus des mammifères terrestres à quatre pattes.

 

 Le premier bipède date d'il y a 300 millions d'années. C'est un petit dinosaure : Eudibamus Cursoris.


 Les singes australopithèques vont progressivement devenir verticaux. Le chimpanzé est probablement le plus proche génétiquement de l'homo sapiens avec une variation du génome de 1% ; mais il n'est pas un vrai bipède.

 

 La première constatation est que la bipédie libère les membres supérieurs, permet le transport d'objets et une spécialisation ; surtout avec la pince pouce-index qui n'existait pas à l'époque néandertalienne, mais qui existe à l'époque homo-sapiens. La deuxième hypothèse est celle développée par Yves Coppens dans "east side story". L'isolation d'une partie de l'Afrique grâce au rift, a modifié le climat en transformant la forêt en savane. Le besoin de voir de loin au-dessus de la végétation haute a peut-être aidé. Mais de nombreux bipèdes plus âgés que Lucy ont été trouvés en Afrique de l'Ouest. La troisième hypothèse concerne l'énergie. L'homme de Neandertal avait une corticale osseuse très épaisse et donc moins médullaire, moins de sang et moins d'énergie. Pour passer du reptile à sang froid au reptile à sang chaud, il faut une climatisation. La tête et les cheveux sont un conditionnement d'air qui aident à évacuer la chaleur par la tête.

 

 Les éléments primordiaux de la verticalisation sont : Stabilité des membres inférieurs en extension, Antéversion pelvienne, élévation du centre de gravité, Lordose lombaire et cervicale, Dissociation des ceintures, Tête sur la ligne de gravité et Latéralisation.

 

 Les principales évolutions se situent au niveau de la langue avec une augmentation de 18 à 50 phonèmes. La taille du cerveau augmente également. Le volume de la cage thoracique change. Le cou s'allonge. La taille apparaît avec la flexibilité 3D. Le nombre de molaires augmente ainsi que l'espérance de vie. La croissance de la puberté accélère la croissance de la taille.

 

  Dans ce module, nous allons considérer l'une des premières approches paléoanthropologiques centrées sur l'évolution osseuse.

 

 Les premiers signes d'empreintes bipèdes ont été découverts par Mary Leakey dans les cendres du volcan Laetoli en Tanzanie. Elles remontent à 4 millions d'années. La marche se fait avec les pieds rapprochés. Les mouvements de rotation du tronc sont plus larges pour que le centre de gravité passe par le milieu du genou.

 

 Les empreintes de pieds contiennent les principales caractéristiques du pied de l'homo sapiens : Le réalignement du gros orteil vers l'axe du pied en plus de la courbure transversale visible chez le chimpanzé, il y a une autre voûte longitudinale sur le premier rayon.

 

 Ici, les modifications sont essentielles pour la race qui est la caractéristique de l'homo sapiens. LE PIED HUMAIN s'est progressivement spécialisé pour la race depuis l'homo habilis (il y a 2 millions d'années) et surtout l'erectus (il y a 1 million d'années. La marche humaine consomme un quart de l'énergie utilisée par les chimpanzés pour marcher sur leurs quatre pattes.

 
  Ce sont les acides gras protéiques qui sont nécessaires pour augmenter la taille du cerveau. Les grands singes végétariens ne pouvaient pas faire grandir leur cerveau. On observe une diminution de la taille du cerveau des orangs-outans dans les régions où il y a un manque de protéines (TAYLOR 2006. La course d'endurance permet : D'atteindre les carcasses avant les autres charognards (Bramble 2004). De fuir une région pauvre en oiseaux sauvages. D'atteindre des régions riches en crustacés et en poissons pour les acides gras (Cunnane 2006).
   
 Les genoux seront stabilisés en extension.

 La disparition progressive de la flexion des membres inférieurs au niveau du genou permet de positionner le bassin dans le plan sagittal. Economie d'énergie lors de la marche.
 
 - Les membres inférieurs s'allongent de 30% pour élever le centre de gravité. - L'os spongieux se développe devant le tibia pour mieux s'adapter au stress et renforcer le travail des quadriceps.
 
 Le développement des muscles fessiers permet la verticalisation partielle du bassin en s'insérant sur la crête iliaque. Le grand fessier devient un muscle de la colonne vertébrale, les sculpteurs des Vénus Hottentottes avaient noté la différence avec les grands singes.  
 
 Le bassin est un compromis entre les nécessités de la locomotion bipède et l'accouchement conditionné par la taille du cerveau. En effet, en station debout sur un pied, c'est la contracture du moyen fessier qui assure l'horizontalité du bassin. 
 
 Par conséquent, la hanche supporte environ 4 fois la charge initiale, mais cette charge augmentera beaucoup si l'articulation s'éloigne de la ligne de gravité. Déjà, l'arthrose de la hanche est très fréquente.
 
 Le bassin de Lucy est plus large, mais pas assez profond. C'est seulement chez l'homo sapiens que la sphéricité sera maximale. Si l'on compare l'homme avec le singe, la grossesse qui est de 8 mois chez les grands singes devrait être de 27 mois chez l'homme, ce qui disproportionnerait totalement le bassin et le rendrait impropre à la locomotion. Il s'ensuit une immaturité très importante à la naissance et la nécessité d'une cohésion sociale pour protéger l'enfant.
 
 L'une des conséquences de la verticalisation du pelvis est l'absence de couverture de la partie antérieure des têtes fémorales. C'est l'antéversion pelvienne qui compense et améliore la couverture de la tête fémorale. L'antéversion pelvienne permet également la lordose lombaire.
 
 L'anneau pelvien est équilibré dans les 3 dimensions de l'espace. Nous avons déjà mentionné la balance de Pauwels dans le plan frontal. Dans le plan sagittal, la version pelvienne est en équilibre avec la lordose lombaire. Nous verrons que la morphostatique de la colonne vertébrale dans le plan sagittal dépend de l'incidence lombo-pelvienne. Dans le plan horizontal, le pas pelvien est une rotation du bassin alternativement vers la gauche et vers la droite, qui permet une répartition optimale de la charge sur la tête fémorale.
 
 Deux cycles verticaux à un cycle latéral. Pics pour la verticale à la phase d'équilibre de chaque jambe et creux à la frappe du talon Pics pour la latérale à la phase d'équilibre de chaque jambe, le poids étant déplacé d'une jambe à l'autre.
 
 C'est au niveau du bassin que la chaîne avant en violet se croise pour passer sous la chaîne du milieu en jaune puis derrière la chaîne arrière en vert au niveau du genou.

 Nous avons vu que les grands singes ont un bassin long, étroit et plat. La colonne vertébrale a une courbe cyphotique unique.
 
 La colonne vertébrale constitue deux nouvelles courbes : La lordose lombaire et la lordose cervicale permettant la verticalisation du regard, ces nouvelles courbes augmentent la résistance globale de la colonne vertébrale dans le plan sagittal.
 
 Nous avons vu que les 5 vertèbres lombaires permettent la dissociation du tronc sur le bassin avec le pas pelvien lors de la marche et de la course.
 
 La résistance du flexible rachidien est multipliée par un nombre égal à la racine carrée du nombre de courbures plus 1
 
 Cette résistance permet une diminution de la structure musculaire paravertébrale, ce qui correspond à une diminution de l'apophyse transversale et de l'épineuse de l'arc postérieur.
   
 La dissociation des ceintures pelvienne et scapulaire entraîne une modification de l'insertion des muscles ilio-costaux qui se déplacent sur la crête iliaque. Ces modifications permettent le pas pelvien horizontal et les 3 dimensions de la marche.
 
 On note, depuis le singe rhésus, une transformation de certains muscles en ligaments notamment au niveau cervical et lombo-pelvien. La tension des fascias superficiels permet une station debout verticale sans contraction active de la structure musculaire.
 
 La région lombo-sacrée comporte de nombreux ligaments, ce qui assure l'équilibre et la stabilité lombo-pelvienne.
   
 Les muscles profonds des gouttières entre le processus épineux et le processus transversal dépendent du système extrapyramidal automatique, alors que les muscles superficiels sont pyramidaux.
 
 Les muscles paravertébraux profonds sont en continuité avec les ischio-jambiers grâce à l'articulation sacro-iliaque et aux ligaments.

 En ce qui concerne la structure musculaire superficielle, c'est l'aponévrose superficielle qui assure la continuité avec une insertion fémorale postérieure et une insertion osseuse antérieure de l'humérus. Ceci explique le mouvement opposé des membres supérieurs et inférieurs dans un plan sagittal.

 

 Le rôle des muscles paravertébraux a été précisé par Bergman en 1989. Les muscles profonds locaux tendent la colonne vertébrale avant le mouvement. Ce sont les muscles de la pensée et de l'imagination. La structure musculaire superficielle globale va effectuer le mouvement sur une colonne vertébrale stabilisée par les muscles profonds. Ce sont les muscles du mouvement et de l'action.

 

 Les membres supérieurs et inférieurs évoluent dans un sens réciproque et opposé. Dans un plan frontal : l'épaule et le bassin évoluent en sens inverse. Dans un plan horizontal : le bassin tourne vers la droite et l'épaule vers la gauche. Dans un plan sagittal : pulsion ante du membre inférieur gauche et rétropulsion du membre supérieur gauche.

 

 Les fascias et les muscles sont organisés en chaînes du crâne au pied. La colonne vertébrale est l'axe fondamental. En fonction du mouvement, les chaînes seront sollicitées dans les différents plans de l'espace. Le système pyramidal fonctionne sur une prétension gérée par le système extrapyramidal. Pour les scolioses, les chaînes en spirale doivent être renforcées par une activité de dissociation des ceintures.

 

 La marche peut être divisée en six étapes : Impact du talon, Inclinaison antérieure du bassin, Contre-rotation dans l'articulation sacro-iliaque, Stockage de l'énergie cinétique dans la flexion du tronc, Restitution de l'énergie. L'extension de la colonne vertébrale facilite la flexion de la hanche opposée, ce qui est utile pour le balancement du membre opposé qui va vers l'avant.

 

 La ligne de gravité oscille des deux côtés de la tête fémorale. D'antérieure en flexion de la hanche, elle devient postérieure en extension.

 

 Dans le plan frontal, le bassin et le tronc sont en flexion en inclinaison opposée. L'alignement se fait lors du passage du pas.

 

 Dans le plan horizontal, le tronc et le bassin tournent également dans des directions opposées. Le pic se produit pendant la phase de double appui.

 

 Dans le plan sagittal, il y a 2 cycles de déplacement angulaire.

 

  Il en est de même pour le déplacement linéaire du centre de gravité avec un cycle latéral et deux cycles verticaux.


 L'amplitude du déplacement est variable. Elle est maximale au niveau du bassin et minimale au niveau de la tête.

 

 Le pingouin est le nom vernaculaire des oiseaux marins de l'hémisphère sud. Il est âgé de 70 millions d'années et possède un tronc vertical. Les ailes ne lui permettent pas de voler mais constituent une excellente nageoire. Il possède plus de 10 vertèbres cervicales et est plus adapté au monde aquatique qu'au monde terrestre.

 

 En revanche, chez les mammifères, les vertèbres cervicales sont presque toujours au nombre de 7, y compris chez la girafe.

 

 L'équilibre de la tête est très différent chez le chimpanzé et chez l'homo sapiens. Chez l'homme, la tête s'équilibre au sommet de la colonne vertébrale, la tension des muscles postérieurs diminue, et les apophyses épineuses et transversales sont moins volumineuses. Le contrôle musculaire fin (une fibre nerveuse pour une fibre musculaire) remplace la force.

 

 

 

L'enfant est capable de différencier sa main droite de sa main gauche vers l'âge de 7 ans. À cet âge, il va pouvoir courir et commencer à pratiquer un sport de dextérité grâce à l'acquisition d'un système équilibré fonctionnel.

 

 

 

 La scoliose infantile est latéralisée 50% sont à gauche et 50% à droite.

 
 
   
 Les gauchers ont souvent une scoliose thoracique gauche.

 Le trou occipital postérieur se déplace vers l'avant, comme on peut le voir en comparant un chimpanzé et le crâne des hommes les plus anciens comme Toumaï.
 
 L'os sphénoïde subit de nombreuses modifications, ce qui amène à se demander s'il existe un programme évolutif inclus dans notre ADN.
 
 Le sphénoïde se verticalise lentement tandis que le visage est contracté jusqu'à atteindre un plan vertical orbital. 
 
 Les chaînes antérieures sont insérées sur le maxillaire inférieur et les chaînes postérieures sur le maxillaire supérieur. La chaîne frontale profonde est insérée au niveau du sphénoïde.  
 
 L'homo sapiens a un plan orbital et foraminal à 90° très proche de celui de Toumaï, alors que le chimpanzé et l'australopithèque ont un angle très fermé.
 
 Lorsque le regard est horizontal, la ligne de gravité se situe à l'avant du rachis cervical. Les tensions musculaires s'équilibrent lorsque le regard est à 10° de hauteur, comme par exemple au cinéma.
 
 En 1994, Fred Spoor de Liverpool compare l'empreinte des canaux verticaux semi-circulaires et remarque une variation du singe à l'homo sapiens. Les australopithèques ont une empreinte similaire à celle des grands singes actuels. Les canaux semi-circulaires sont parfaitement horizontaux lorsqu'ils regardent à deux mètres devant eux, ce qui est logique si l'on considère le rôle du système postural pendant la marche ou la course.
 
 
 
 Lorsqu'il y a une malformation congénitale du rachis cervical, comme dans le cas de cet enfant, il y a deux possibilités : Soit aligner le rachis sur une verticale avec une inclinaison de la tête et du regard, soit créer une scoliose sous-jacente pour maintenir un regard horizontal. Cette solution est celle choisie par l'enfant. La tête et le système vestibulaire sont une priorité.
 
 L'observation de l'enfant reproduit l'évolution de la phylogenèse de la bipédie.

 La bipédie et la verticalisation du petit enfant nous donnent une idée de l'évolution. Brenière, Bril et Ledebt du centre de recherche de Marseille ont montré que c'est seulement à partir de 7 ans que l'enfant est capable de produire une stratégie de propulsion comme celle de l'adulte. Un enfant de 2 ans court après son centre de gravité et est incapable de dérouler le pas.
 
 Si l'on compare l'évolution du fœtus d'un homme et celle d'un singe, on constate qu'ils se ressemblent vers le 45ème jour. De plus, à la naissance, la morphologie du visage du chimpanzé est très proche de celle de l'homo sapiens et va changer lorsqu'il deviendra adulte. Les proportions d'origine sont conservées pour l'homme alors qu'elles changent pour le singe. On peut donc imaginer une Bipedia plus ancienne qui aurait été conservée et développée par l'homo-sapiens, alors que l'australopithèque et les singes actuels ne sont qu'une non-évolution de cette Bipedia originelle.
 
 De nombreux scientifiques sont aujourd'hui convaincus que la bipédie est très ancienne chez les primates.
 
 Plus que la Bipedie, la course est une caractéristique de l'homo sapiens. Denis Bramble et Daniel Liebermann ont étudié 26 caractéristiques anatomiques de la course d'endurance : voûte plantaire, orteil court doublé, talon d'Achille, grandes articulations, ligaments nucaux... Ces caractéristiques se sont développées à l'époque de l'homo sapiens, il y a 2 millions d'années. On a trouvé dans la rage de Dordogne où vivait Cro-Magnon (sapiens sapiens) des pierres noires des Pyrénées à 400 Km de là. Contrairement à l'homme de Neandertal, il est capable de voyager très loin pour fabriquer un collier pour sa femme.
 
 On note d'ailleurs une transformation de certaines structures musculaires en ligaments, notamment au niveau cervical et lombo-pelvien. La tension des fascias superficiels permet une hauteur verticale sans aucune contraction active de la structure musculaire.

 


 

 

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