La confirmation anatomique de la main du cheval rend compte au plus haut point de l'adaptation de l'appareil locomoteur des équidés à la course. L'onguligrade, la présence d'un seul doigt très développé, la puissance du système tendineux caractérisent cette spécialisation fonctionnelle. La réduction des corps charnus musculaires dans la partie distale des membres, et le développement de ligaments accessoires, renforcent le fonctionnement passif et automatique des membres dans cette espèce. En corollaire de cette évolution, la conformation des articulations disarthrosiques du doigt du cheval, typiquement condylaire, favorise les mouvements de flexion et d'extension dans le plan sagittal.

Pourtant, des mouvements complémentaires de rotation dans le plan frontal (abduction/adduction) ou dans le plan transversal (rotation axiale), bien que d'amplitudes plus faibles, possèdent une réelle importance fonctionnelle car ils compensent passivement les irrégularités de l'appui au sol (Barone, 1989). Ces mouvements associés sont typiquement passifs, c'est à dire indirectement provoqués car il n'existe aucun muscle ou tendon capable de les produire spontanément. Ils apparaissent en particulier lors d'appui dissymétrique du pied sur sol irrégulier et sur le cercle, où le déplacement de la masse corporelle vers l'intérieur modifie l'orientaltion globale du membre (figure 1). Ces comportements articulaires sont perceptibles à l'oeil nu mais difficilement objectivables pour chaque articulation digitale et en tout cas non quantifiables visuellement.

Les déséquilibres latéro-médiaux de l'appui du pied participent à l'étiopathogénie des affections ostéo-articulaires et ligamentaires du segment digital (Balch et al, 1995 ; Caudron et al, 1998 ; Denoix, 1990 ; Swanson, 1988; Wilson et al, 1998). les cliniciens incriminent ces mouvements articulaires de faibles amplitudes dans l'induction de la douleur (Hertcsh et Beerhues, 1988). Ils expliqueraient, en partie, l'augmentation de la symptomatologie des boiteries associées aux lésions ostéo-articulaires digitales lors de déplacement sur le cercle (Cochran, 1990 ; Dyson, 1991 ; McDiarmid, 1998 ; Swanson, 1988). Ces considérations cliniques ont conduit certains auteurs à étudier l'incidence des appuis dissymétriques du pied sur le comportement des articulations digitales afin d'apporter des éléments de réponse sur l'étiopathogénie des affections de cette région. 

Denoix (1987), en particulier, a analysé les modifications d'affrontement des surfaces cartilagineuses par injection intra-articulaire d'une solution colorante. Il a démontré l'existence d'une association contrariée de mouvements de latéro-flexion et de rotation axiale lors d'appuis dissymétriques dans les articulations métacarpo-phalangienne et interphalangiennes. Ces résultats semi-quantitatifs ont largement contribué à améliorer la compréhension de la physiologie articulaire digitale. Ils demandent à âtre quantifiés ainsi que leur évolution au cours de la mise en charge du membre.

Caudron (1998), décrit également une méthode radiographique susceptible de quantifier les mouvements de rotation interphalangienne. Cette méthode bidimensionnelle est cependant restreinte à une mesure instantanée de la géométrie articulaire et sa capacité à distinguer les mouvements de rotation axiale et d'abduction/adduction est discutable.

Dans ce contexte, l'objectif de cette étude est double :

1. Mettre en place un protocole de mesure des 3 angles de rotations articulaires envisagés en anatomie fonctionnelle, c'est à dire la flexion/extension, la collatéromotion et la rotation axiale.

2. Appliquer cette méthode à la main du cheval, sur membres isolés soumis à compression, afin d'évaluer l'indidence des modifications de l'appui transversal du pied (rehaussement des quartiers) sur le comportement géométrique des articulations digitales (articulations métacarpo-phalangienne et interphalangiennes).

L'exposé de cette étude comportera trois parties :

• la première partie sera consacrée à la description du matériel et de la méthode mis en oeuvre,
• dans la deuxième partie, l'évaluation des erreurs et des résultats obtenus seront exposés,
• enfin, la troisième partie sera consacrée à la discussion des choix méthodologiques, du protocole expérimental mis en oeuvre et des résultats obtenus.

Ce document est complété par 3 annexes exposant :

• de brefs rappels anatomiques sur les formations ostéo-articulaires de la main du cheval (annexe 1),
• le détail des procédures de calcul mathématique (annexe 2),
• les résultats détaillés sous forme de tableaux (annexe 3)

1. Matériels

1.1. Membres

Quatre membres antérieurs gauches ont été prélevés sur des chevaux euthanasiés pour considérations médicales et qui ne présentaient pas d'assymétrie locomotrice antérieure. L'origine de ces membres et les caractéristiques morphologiques de leur sabot sont présentées dans le tableau I.

1.2. Machine d'essai

Les membres ont été testés sur ne machine de traction-compression MTS 10/MH, d'une capacité de 50 kN. Le système d'entraînement de la traverse mobile est constitué par deux vis à billes actionnées par un ensemble motoréducteur à courant continu, à une vitesse de 500 mm/mn. Le déplacement de la traverse est parfaitement synchrone quelle que soit la charge.

La mesure des charges s'effectue par l'intermédiaire d'une cellule dynamométrique à jauges de contraintes, située dans la traverse mobile. La précision de la mesure de la force est de 0.5% de la valeur lue, entre 10% et 100% de la capacité de la machine, et de 0.1% de la pleine échelle du capteur en dessous de 10% de cette capacité.

1.3. Aire et dispositif d'enregistrement

L'ensemble de l'aire d'enregistrement est schématisé par la figure 2.

La zone filmée est située à la base de la machine d'essais et s'étend sur environ 30 cm de largeur et 45 cm de hauteur. Trois caméras SONY CCD TR3 100 E, montées sur des trépieds (GAMMA 71) et munues chacune d'un projecteur de 100 W filment chaque test mécanique. Deux d'entre elles sont disposées à hauteur du centre de la zone d'essais ; leurs axes de vision forme un angle de 60° dans le plan horizontal. La troisième caméra est surélevée pour obtenir une vue proximo-distale de la zone d'essai selon un angle de 45° avec l'horizontale. Leur synchronisation temporelle se fait par allumage d'une ampoule de 1 W placée à hauteude la région métacarpienne.

Figure 2 : Aire et dispositif d'enregistrement;

1.4. Système de marquage cinématique (trièdres balisés)

Chaque segment osseux du doigt est appareillé par un trièdre métallique définissant un repère orthonormé direct. Chaque trièdre est constitué de 3 tiges filetés de 2 mm de diamètre, vissées et assujetties par un système de contre-écrou au milieu de 3 faces, perpendiculaires et adjacentes, d'un cube en aluminium de 14 mm de côté (Figure 3). Le cube central est spécialement usiné pour s'assurer de son orthogonalité et de la concourance des axes de forage en son centre.

Trois sphères métalliques de 4 mm de diamètre, taraudées en leur centre et recouvertes de Scotchlite 7610, sont fixées à l'extrémité de chacune des tiges. Le pouvoir réfléchissant de ces marqueurs est 1000 fois supérieur à celui d'une feuille de papier blanc. L'illumination de ces marqueurs par les projecteurs lumineux de 100 W assure la réflexion de la lumière selon la direction du rayon lumineux incident. Une quatrième sphère, de même nature, est ajoutée sur la tige définissant l'axe Z, à proximité du cube. Ces 4 sphères constituent les 4 balises cinématiques liées aux trièdes.

Enfin, une quatrième tige filetée, vissée dans le cube central, permet d'établir une liaison rigide entre le trièdre et la corticale osseuse du segment osseux auquel il est associé. Pour cela, la corticale osseuse est préférablement forée puis taraudée au diamètre de la tige filetée pour permettre un ancrage solide de cette tige par vissage et apposition d'une contre-écrou.

Figure 3 : Organisation géométrique du trièdre balisé et définition du repère local associé (exemple du repère proximal : indice p)

Figure 4 : Relations entre les trièdres et les segments osseux (exemple de l'articulation métacarpo-phalangienne)

Chaque segment du doigt reçoit un trièdre à sa face latérale (os métacarpien III, phalange proximale, phalange moyenne, sabot ; la liaison avec l'os cortical de la phalange distale s'établissant après avoir traversé la paroi du sabot, qui lui est intimement liée). La proportion de chacun des trièdres a été adaptée au volume du segment, dans le but d'otenir un espacement maximal entre les marqueurs d'un même trièdre.

Chaque trièdre définit, pour un segment, un repère local orthonormé direct (figure 4). Pour une articulation donnée, le trièdre lié au segment proximal est désigné par l'indice p et celui lié au segment distal par l'indice d. Les points Op et Od sont les centres respectifs du cube proximal et distal, au point de concourance des trois axes du trièdre. Ce point n'étant pas, pour des raisons pratiques, matérialisable par un marqueur réfléchissant, il est défini à partir des données de la construction du trièdre, tel que,

Les vecteurs unitaires

et , sont, quant à eux, défini respectivement par les vecteurs et , divisés par leurs normes.

1.5. Structure de calibration

La structure de calibration est une structure géométrique portant des marqueurs de coordonnées réelles connues. Cette structure, filmée par les caméras placées dans la configuration choisie pour l'expérimentation, définit un espace de référence. L'application de la méthode de la Transformation Linéaire Direct (DLT ; Abdel-Aziz et Karara, 1971) permet ensuite de calculer les coordonnées tridimensionnelles des marqueurs relevés par au moins deux caméras. Les points de calibration sont disposés de façon à ce que tout marqueur étudié soit compris dans le volume défini par ces points (Wood et Marshal, 1986 ; Challis et Kerwin, 1992).

La structure utilisée mesure 28 cm de largeur sur 18 cm de profondeur et 44 cm de hauteur. Les 36 marqueurs sont disposés sur 7 fils métalliques de 1 mm de diamètre. Chaque marqueur est formé par une petite bande de scotchlite de 3 mm de hauteur, enroulée sur le fl. A l'exception d'un des marqueurs, la distance entre deux marqueurs de cette structure de calibration est de 11 cm.

1.6. Dispositif de modification d'appui du pied

L'appui dissymétrique du pied dans le sens transversal est obtenu en glissant une cale de 12° sous le bord externe du sabot (quartier latéral), ou le bord interne du sabot (quartier médial). La cale est un bois pour assurer une bonne adhésion du sabot sur le support.

Figure 5 : Représentation schématique du système d'axes d'interprétation (exemple de l'articulation métacarpo-phalangienne, membre thoracique gauche)

2.1. Principe de mesure des trois angles anatomiques élémentaires

2.1.1. Choix méthodologiques

Chaque trièdre détermine un repère orhtonormé direct lié à un segment. L'orientation de ce trièdre, et donc du segment, peut être définie par rapport au repère global R₀, établi par la cinématique, en considérant trois rotations successives autour d'axes mobiles. De la même façon, le mouvement relatif d'un segment distal (Rd) par rapport à un segment proximal (Rp) peut être défini par trois rotations successives si Rd t Rp sont connus dans R₀ (Veron, 1995).

Nous avons choisi :

• d'utiliser la méthode des angles cardaniques en axes mobiles, qui est une variante des angles d'Euler dans laquelle chaque axe n'intervient qu'une fois, et qui présente l'avantage de se rapprocher des conceptions de l'anatomie fonctionnelle,
• de considérer que le segment distal est mobile par rapport au segment proximal,
• de suivre l'enchainement des trois rotations suivantes :
  • la flexion/extension : rotation d'angle ?₁ autour de Y
  • puis la collatéromotion : rotation d'angle ?₂ autour de X'
  • puis la rotation axiale : rotation d'angle ?₃ autour de Z".

La décomposition débute d'une configuration initiale où Rd et Rp sont alignés. La première rotation a lieu autour d'un axe Yd fictif qui est, à ce moment, parallèle à Yp. La seconde rotation s'effectue autour d'un axe intermédiaire (Grood et Syntay, 1983) qui est, par définition, orthogonal aux deux axes extrêmes, puis enfin autour de l'axe Zd (Annexe 3).

Cette séquence de rotation défini un système d'axes d'interprétation, schématisé par la figure 5.

Ce chois sera discuté dans la troisième partie. Il répond aux recommandations du comité pour la standardisation, de la Société Internationale de Biomécanique, qui considère la convention de Chao/Grood & Suntay (Wu and Cavanagh, 1995).

2.1.2. Calcul des angles

Matrice de rotation

Chaque rotation est définie par une matrice de rotation élémentaire. La matrice globale de rotation, définissant le passage de R_p à R_d, est obtenue en multipliant les matrices élémentaires dans l'ordre d'intervention des rotations élémentaires (Veron, 1995) (Annexe 2).

La matrice globale de rotation est M_d/p = M_flexion-M_{collatéromotion}-M_rotation

Matrice de transformation

Par ailleurs, la matrice de transformation de R_p en R_d est calculée à partir de coordonnées 3D des marqueurs des trièdres (Annexe 2). Elle et de la forme :

Identification des matrices et calcul des angles

On identifie la matrice de rotation à la matrice de transformation. Il en découle que :

2.1.3. Conventions angulaires

Flexion/extension (autour de l'axe Yp)

Par convention, l'angle de flexion/extension de l'articulation métacarpo-phalangienne correspond à l'angle dorsal de l'articulation soit 180 + ?₁. La diminution de cet angle traduit une extension de l'articulation. A l'inverse, l'angle de flexion/extension exprimé pour chacune des articulations interphalangiennes est l'angle palmaire, soit 180 - ?₁. La diminution de cet angle traduit une flexion de l'articulations.

Collatéromotion (autour de l'axe intermédiaire X')

Le terme de collatéromotion est utilisé pour désigner les mouvements d'abduction et d'adduction appliqués aux articulations digitales chez le cheval (Denoix, 1999). Les termes d'abduction et d'adduction sous-entendant l'intervention d'une activité musculaire spécifique, il semble plus judicieux d'employer une terminologie rendant compte du caractère passif de ces mouvements digitaux chez le cheval. La latéromotion traduit un phénomène d'abduction passive et la médiomotion un phénomène d'adduction passive. L'évolution de cet angle de collatéromotion dans le sens positif traduit une latéromotion du segment distal par rapport au segment proximal (Figure 5).

Rotation axiale (autour de l'axe Zd)

Le terme de rotation axiale, bien que peu adapté (puisque non spécifique du mouvement décrit) est consacré par l'usage. L'évolution dans le sens positif de cet angle traduit une rotation latérale du segment distal par rapport au segment proximal (Figure 5).

2.2. Protocole expérimental

2.2.1. Préparation des membres

Les membres sont mis à décongeler à température ambiante 24h avant les tests mécaniques, après une période de congélation qui n'a pas dépassé un mois.

Le parage des pieds par une maréchal-ferrant permet d'éliminer les excès de corne de façon à homogénéiser les aplombs pour les quatre membres testés et à corriger les éventuelles asymétries latéro-médiales de la boîte cornée.

Une radiographie de profil du doigt permet de vérifier l'absence d'anomalie ostéo-articulaire sur les trois articulations testées (AMP, AIPP et AIPD).

La région digitale de chaque membre est disséquée pour faciliter d'une part le repérage des reliefs anatomiques osseux et d'autre part pour mettre en évidence les principales formations tendineuses de la main, qui font l'objet d'une étude complémentaire (Jerbi, 1998). Proximalement, les parties charnues des muscles triceps brachial, biceps brachial, brachial et pectoral transverse ont été éliminées. Pendant la dissection, les structures anatomiques mises à nue ont été régulièrement humidifiées, et entre deux opérations, les membres ont été maintenus dans un linge humide.

2.2.2. Système de fixation du membre à la machine

La section de l'humérus proximalement à l'insertion proximale du muscle extenseur radial du carpe est effectuée légèrement obliquement de façon à produire un extrémité osseuse aiguë. Cette extrémité, une fois enchâssée dans la pièce métallique qui est liée à la traverse, crée un système de fixation solide.

Figure 6 : Membre thoracique appareillé avec les quatre trièdres

Distalement, le pied est bloqué dorsalement par une plaque en bois, fixée à environ 15 cm en avant de l'aplomb du centre de la pièce métallique proximale. La ligne perpendiculaire, abaissée du centre du système de fixation est par ailleurs repérée sur le socle pour faciliter le positionnement du sabot dans des conditions expérimentales comparables pour chaque répétition de tests mécaniques.

2.2.3. Mise en place des trièdres : définition des repères locaux

Une attention particulière est portée à l'orientation des trièdres par rapport à la conformation anatomique des segments osseux auxquels ils sont fixés (Figure 6). Pour cela, l'opérateur ajuste l'implantation de chaque trièdre pour faire correspondre les axes du repère local défini par le trièdre avec les axes anatomiques du segment osseux considéré.

L'axe Z, qui porte le vecteur unitaire du repère local est aligné sur le grand axe du segment ; l'axe Y, porteur de , définit l'axe X, porteur de l'axe palmaro-dorsal du segment. Cette orientation s'applique de façon identique à la phalange distale pour laquelle la paroi du sabot suit étroitement l'orientation de la phalange.

2.2.4. Déroulement des enregistrements

2.2.4.1. Réglage des caméras

La mise au point manuelle est réalisée avant le début des tests mécaniques et n'est plus modifiée par la suite. Les diaphragmes sont fermés afin d'obtenir un contraste maximal entre les marqueurs et le reste de l'environnement ; pour éviter tout flou, la vitesse d'obturation est fixée au 1/120^ème de seconde.

2.2.4.2. Calibration

La structure de calibration est placée entre les montants de la machine d'essai et filmée par les trois caméras. Sa disposition et le choix du point O₀ conditionnent l'orientation du repère de référence R₀ , orthonormé direct, dans lequel les coordonnées tridimensionnelles des marqueurs sont calculées. Dans le but de respecter une cohérence de nomenclature entre les axes des repères locaux définis par les trièdres implantés et ce repère de référence Ro, l'orientation de la structure de calibration est choisie de telle sorte que le vecteur unitaire du repère R₀ soit orienté dans le sens palmora-dorsal, dans le sens médio-latéral et dans le sens disto-proximal du membre.

2.2.4.3. Préconditionnement

Le membre est mis en place sur la machine. Il subit un pré-conditionnement en appui neutre de 10 cycles à 400 dN, suivi par un cycle de 500 dN et enfin 1 cycle à 600 dN.

2.2.4.4. Tests mécaniques

Chaque membre est soumis à 27 cycles de mises en charges de 50 dN à 600 dN avec une vitesse constante de descente de la traverse, au maximum des capacités de la machine, c'est à dire 500 mm/mn.

Dans notre étude, le seul paramètre modifié est l'orientation du sabot dans le sens transversal. Les différentes conditions d'appui du pied sont réalisées par l'adjonction d'une cale en bois d'angle 12°, élevant alternativement le quartier latéral du sabot (EQL : élévation du quartier latéral) et le quartier médial du sabot (EQM : élévation du quartier médial), en veillant à ce que la position cranio-caudale et latéro-médiale du sabot reste comparable quelque soit le support. Ces modifications sont exécutées en alternance avec un appui sans cale (appui neutre : N), qui sert de référence.

Dans le but de limiter les effets de dépendance des tests les uns par rapport aux autres, ces trois condition (N, EQL, EQM) sont répétées chacune trois fois au sein d'un carré latin à trois lignes et trois colonnes (tableau II) dont l'ordre est déterminé par les tables de permutation au hasard de trois éléments.

Tableau II : Succession des conditions au sein du carré latin

Deux autres carrés latins de même taille ont précédés ce dernier. Cette étude s'inscrit en effet dans une étude plus large, où l'incidence des modifications longitudinales de l'appui du pied ont également été testées (Crevier-Denoix et al., 1998 ; Degueurce et al., 1998).

Pour chaque cycle, l'allumage de synchronisation est effectué pendant la descente de la traverse.

2.2.5. Procédure d'analyse tridimensionnelle

Les séquences sont numérisées (768*576) puis traitée par le logiciel d'analyse cinématique "E.KA.S." (Pourcelot, 1997). Alors qu'une étape de détramage des images est nécessaire dans l'étude cinématique du cheval en mouvement (Degueurce, 1995), nous avons choisi ici de supprimer cette étape pouraméliorer la résolution spatiale du système. Ce choix est dicté par la faible vitesse de descente de la traverse (500 mm/mn) qui autorisé l'utilisation d'une fréquence d'acquisition plus basse (25 Hz).

Le logiciel "E.K.A.S" permet dans un premier temps de calculer les coordonnées 2D du barycentre de chaque marqueur préalablement repéré, et d'en suivre l'évolution, à chaque image. Cette opération est répétée pour chacun des films des trois caméras et pour chaque condition d'appui du pied.

Dans un deuxième temps, ces fichiers de coordonnées 2D sont transformés en un fichier de coordonnées 3D, par la méthode de la Transformation Linéaire Directe (DLT ; Abdel-Aziz et Karara, 1971), dans le repère R₀, défini par la structure de calibration.

2.2.6. Calcul des trois angles de rotation

Les données de ces fichiers 3D sont exportées vers le logiciel Excel (Microsoft France, Les Ulis). Les angles sont calculés tout au long de chaque test pour les articulations métacarpo-phalangienne (AMP) et interphalangienne proximale (AIPP) et distale (AIPD). La courbe représentant l'évolution de la valeur angulaire en fonction du temps est tracée et interpolée par un polynôme du 3^ème degré. Il permet de déterminer la valeur angulaire initiale à 50 dN, la valeur angulaire finale à 600 dN et l'amplitude du mouvement.

Des valeurs relatives, obtenues par comparaison à la valeur angulaire de l'appui neutre, considérée comme référence, sont calculées.

2.2.7. Traitement statistique

Les données sont testées à laide d'une analyse de variance (procédure GLM de SAS), complétée par un test Student-Newman-Keuls, qui précise les différences entre moyennes. Un niveau de significativité de 0.05 a été retenu.

La triple répétition, au sein d'un carré latin, d'une même condition permet de calculer une moyenne et un écart-type. La moyenne de ces écarts-types traduit la variabilité intra-indiduelle (IAV) des résultats. La valeur moyenne sur l'ensemble des membres est également calculée, pour chaque valeur angulaire. Son écart-type traduit la variabilité inter-individuelle (IEV).

1.1. Evaluation des erreurs liées à la méthode cinématique

La précision des mesures cinématiques dépend de 3 types d'erreurs :

1. les erreurs systématiques dues essentiellement aux distorsions d'optique ou, de façon générale, aux défauts de linéarité que les procédures de calibration ne peuvent compenser,
2. les erreurs aléatoires liées aux procédés de digitalisation,
3. les erreurs de synchronisation temporelle des caméras qui, dans le contexte expérimental de cette étude, sont négligeables par rapport aux sources d'erreurs précédentes compte-tenu de la faible vitesse de mise en charge.

Pour évaluer expérimentalement la résolution du système employé, nous avons considéré que, les trièdres étant des structures indéformables, les distances entre deux marqueurs et les angles formés par trois marqueurs sont constants au cours d'une expérimentation. L'étude spéciale d'une de ces longueurs et d'un angle (choisis au hasard), calculés après recontruction 3D, permet d'évaluer l'écart-type de cette distance ou de cet angle sur 150 images d'un même test (Tableau III).

Tableau III : évaluaton du bruit de fond lié à la méthode cinématique (moyenne et écart-type d'une distance constante et d'un angle constant, sur 150 images d'un même test).

Les écarts-types sur les distances restent faibles (inférieurs à 0.2 mm). Les mesures d'angles ont un écart-type maximal inférieur à 0.3°.

1.2. Evaluation des erreurs de construction des trièdres 

La définition d'un repère orthonormé direct à partir des trièdres nécessite de respecter l'orthogonalité de leurs axes deux à deux. Pour quantifier les erreurs liées aux imprécisions de construction de ces trièdres, l'orthogonalité des axes des repères recontruits est évaluée par le produitscalaire des vecteurs unitaires, tel que :

Les angles ont été calculés sur un test neutre pris au hasard pour chaque membre. Les résultats sont présentés dans le tableau IV.

Ces résultats sont calculés à partir de la reconstruction tridimensionnelle, et donc entachés des imprécisions précédemment énnoncées.

La moyenne des valeurs absolues de la différence entre l'angle effectif et 90° est de 0.8°±0.6 pour l'ensemble des membres et des trièdres. Ces erreurs peuvent d'expliquer d'une part par le défaut d'orthogonalité des axes lié aux imprécisions de construction des trièdres, et d'autre part, par l'introduction d'un facteur d'erreur dans la reconstruction de l'origine des repères qui n'a pas été, pour des raison pratiques, directement matérialisée par un marqueur cinématique.

1.3. Incertitude sur l'orientation des axes des trièdres

L'exacte correspondance entre les axes du trièdre (et par suite du repère localà avec les axes anatomiques du segment osseux auquel il est associé conditionne les résutats obtenus. L'ajustement manuel de l'orientation des axes par l'opérateur, malgré toutes les précautions envisagées, reste une source d'erreur et altère la répétabilité du positionnement des trièdre entre les membres testés.

Cette erreur est difficile à quantifier. Néanmoins, elle peut être directement évaluée par la comparaison des variabilités inter-individuellesentre les valeurs absolues des angles pour une même condition d'appui.

Le calcul du rapport de la variabilité inter-individuelle (IEV) sur la variabilité intra-individuelle (IAV) permet de mettre en évidence une variabilité inter-individuelle importante sur les valeurs absolues des angles de rotation et de collatéromotion, alors que ce rapport reste faible en comparant les valeurs relatives des angles (annexe 3).

Aussi, les comparaisons quantitatives des valeurs absolues des angles d'un individu à l'autre ne sont pas directement interprétables. A l'inverse, les valeurs relatives, qui comparent des conditions d'appui différentes au sein d'un même dispositif expérimental pour un membre donné, permettent de fournir des résultats moins influencés par l'orientation initiale.

Figure 7 : Extension métacorpo-phalangienne - exemple du membre 4 : évolution de l'angle dorsal en fonction du temps, de t₀ (50 dN) à t_f (600 dN).

2.1.1 Flexion/extension (figure 7) 

L'AMP s'étend au cours de la mise en charge. L'amplitude de cette extension varie selon le membre considéré (de 28.5°±0.3 à 51±0.1 en appui neutre).

La modification de l'appui du pied ne fait pas apparaître de différence significative d'amplitude de ce mouvement d'extension métacarpo-phalangienne.

2.1.2. Collatéromotion (figure 8)

Lors de test neutre, le comportement en collatéromotion de l'AMP est variable selon les membres. Pour deux d'entre eux, la mise en charge fait apparaître un discret mouvement de latéromotion. A l'inverse, un phénomène de médiomotion est enregistré durant la mise en charge du membre 3.

L'effet des cales est reproductible entre les différents sujets (les rapports IEV/IAV tendent vers 1). A 50 dN, l'élévation du quartier latéral provoque une latéromotion de 0.9°±0.3 en moyenne, par rapport à l'appui neutre et l'élévation du quartier médial une médiomotion de -0.7°±0.3 en moyene. A 600 dN, ces phénomènes sont amplifiés jusqu'à +2.1°±0.4 de latéromotion pour l'EQL et -2.5°±0.1 de médiomotion pour l'EQM, par rapport au test neutre.

2.1.3 Rotation axiale (Figure 9)

Quelle que soit la condition imposée, l'articulation subit une rotation latérale au cours de la mise en charge. Ce phénomène est plus ou moins marqué selon le membre considéré. Son amplitude varie de +0.5°±0.0 à +2.7°±0.3.

La cale médiale génère, dès 50 dN, une rotation de la phalange proximale de +0.8°±0.2, par rapport à l'appui neutre en moyenne sur les quatre membres. Ce décalage par rapport à l'appui neutre persiste mais ne s'amplifie pas avec la mise en charge (+0.7°±0.4 à 600 dN).

La cale latérale provoque l'effet inverse en atténuant le phénomène de rotation latérale observé lors de l'appui neutre. De la même manière cet effet apparait dès 50 dN (-0.9°±0.2 par rapport à l'appui neutre en moyenne sur les quatre membres) et ne s'amplifie pas avec la mise en charge.

2.2.1 Flexion/extension (figure 10)

Lors de test neutre, la mise en charge du membre provoque une flexion interphalangienne proximale. L'amplitude de ce mouvement varie de 3.4°±0.5 à 14.7°±0.3.

L'amplitude de ce mouvement de flexion est discrètement diminué par l'apposition d'une cale (médiale ou latérale).

2.2.2. Collatérmotion (figure 11)

La mise en charge du membre sans cale génère de la latéromotion (+1.3°±0.5 à 14.7°±0.3).

L'élévation du quartier latéral génère de la latéromotion de l'AIPP dès le début du test (+1.4°±0.2 en moyenne, par rapport à l'appui neutre).

A l'inverse, l'élévation du quartier médial entraîne de la médiomotion (-1.3°±0.3 en moyenne). Ce comportement, bien que discret, est reproductible sur tous les membres (rapports IEV/IAV faibles).

A 600 dN, les tendances sont plus discrètes. Dans le cas de l'élévation médiale, il persiste une différence d'angulation statistiquement significative entre cette condition et l'appui neutre (-1.1°±0.8). Le test de la cale latérale n'est pas différent du test neutre, ce qui traduit une discrète atténuation du phénomène de latéromotion par rapport à l'appui neutre dans cette condition.

2.2.3. Rotation axiale (figure 12)

Lors d'élévation d'un quartier, l'AIPP subit une rotation controlatérale (rotation latérale dans le cas d'une élévation du quartier médial et inversement)

Cette rotation apparait d'emblée à 50 dN (+2.8°±1.0 pour une cale médiale et -3.1°±0.7 pour une cale latérale, en moyenne et par rapport à l'appui neutre).

Elle est amplifiée par la mise en charge du membre (+4.8°±0.3 pour une cale médiale et -4.7°±0.5 à 600 dN pour une cale latérale).

2.3.1 Flexion/extension (figure 13)

La mise en charge du membre provoque une flexion interphalangienne distale. Sans cale l'amplitude de cette flexion varie de 22.8°±0.9 à 34.1°±0.3.

Pour trois membres sur quatre, l'adjonction d'une cale ne modifie pas significativement l'amplitude de ce mouvement de flexion par rapport à l'appui neutre.

2.3.2. Collatéromotion (figure 14)

L'élévation du quartier médial du pied provoque une médiomotion de l'AIPD, dès 50 dN (-4.2°±1.5 en moyenne, par rapport au test neutre). A l'opposé, l'élévation du quartier latéral du pied s'accompagne d'une latéromotion interphalangienne distale (+5.6°±0.8 en moyenne, par rapport au test neutre).

A 50 dN, l'influence des cales sur le comportement articulaire en collatéromotion de l'AIPD n'est pas symétrique pour trois membres sur quatre. L'EQL provoque une latéromotion plus forte que la médiomotion provoquée par l'EQM.

Lors de la mise en charge du membre, ces mouvements s'atténuent jusqu'à devenir non significatifs à 600 dN, ceci se traduisant graphiquement par une convergence des courbes vers les valeurs de l'appui neutre, considéré comme référence. Ce phénomène existe pour tous les membres.

2.3.3. Rotation axiale (figure 15)

A 50 dN, l'élévation du quartier médial du pied s'accompagne, pout tous les membres testés, d'une forte rotation latérale par rapport à l'appui neutre (+6.2°±1.2). L'élévation du quartier latéral du pied s'accompagne d'une rotation médiale de l'AIPD (-6.5°±0.4 en moyenne, par rapport à l'appui neutre).

A 600 dN, la rotation initiale (médiale ou latérale) est conservée (en moyene, rotation latérale de +6.2°±0.9 pour l'EQM et rotation médiale de -6.7°±1.1 pour l'EQL).

L'articulation peut être considérée comme l'interface où se produit le mouvement relatif de deux os. Les modèles ont évolué d'une modèle simple à 1 degré de liberté (ddl) de rotation à 2, 3 puis finalement 6 degrés de liberté (trois translations et trois rotations) qui permet l'étude complète du mouvement articulaire (Bull et Amis, 1998). Ce modèle sophistiqué ne met pas de limites à la description du mouvement de deux segments, mais la complexité de son utilisation rend son interprétation souvent délicate.

Le modèle choisi dans cette étude se limite à un modèle plus simple à 3 ddl en rotation.

Ce choix a été dicté par les difficulté méthodologiques supplémentaires qu'imposent la modélisation des mouvements de translation. Les translations sont, en effet, difficiles à évaluer de façon précise par les méthodes d'analyse du mouvement (Capozzo, 1984). Elles sont couramment absorbées par les artéfacts et erreurs expérimentales (Fioretti et al., 1997). La translation est définie par la distance séparant deux points placés sur les segments. Aussi, alors que l'orientation des axes des bases locales suffit pour déterminer les mouvements de rotation entre les deux segments, la mesure des mouvements de translation dépend étroitement de la localisation des points choisis (Grood et Suntay, 1983) ou, en d'autres termes, du positionnement du repère local par rapport au segment osseux. Ces points sont généralement les origines des repères. Ils peuvent également êtres des reliefs osseux identifiables par la radiographie (Grood et Suntay, 1983).

Les difficultés dans la définition de ces points d'une part, et l'étape méthodologique supplémentaire (radiographie standard, ou mieux stréréoradiographie) nécessaire à la détermination de leur coordonnées d'autre part, alourdiraient considérablement le protocole expérimental et demandent de plus amples investigations en terme de fiabilité, répétabilité et validité anatomo-fonctionnelle des résultats.

Aussi, bien que des phénomènes de translations existent au sein des articulations digitales chez le cheval (Denoix, 1987), notre étude se limite, dans un premier temps, à l'analyse de trois ddl en rotation. L'étude des translations pourra faire l'objet d'un volet complémentaire de cette étude.

La radiographie a été utilisée in vivo (Bushe et al, 1987) comme in vitro (Denoix, 1993 ; Caudron et al, 1998) pour évaluer le fonctionnement des articulations du doigt du cheval. Cette technique permet de projeter les segments osseux sur des plans. Les axes anatomiques supposés sont ainsi directement visualisés et l'interprétation peut être menée sous l'angle de l'anatomie fonctionnelle.

La radiographie fournit, dans certaines circonstances, des données quantitatives, mais la discrimination des mouvements de collatéromotion et de rotation axiale est particulièrement difficile. Cette technique dépend par ailleurs, de l'orientation des rayons et des plaques, qui conditionne les projections obtenues, et de la distorsion sphérique des images liée à la forme conique des faisceaux de rayons X (Suntay et al, 1983).

Les études réalisées ont déjà exploité de façon appropriée les ressources de cette technique.

La goniométrie est très utilisée chez l'homme (Chao, 1980 ; Grood et Suntay, 1983). Elle a été utilisée chez le cheval pour mesure des angles de flexion/extension (Ratzlaff, 1985 ; Taylor et al, 1966), mais sa mise en oeuvre est difficile dans cette espèce. Par ailleurs, le faible volume disponible en regard de chaque segment phalangien constitue une limite majeure à l'utilisation de ce matériel pour l'analyse simultanée des trois articulations digitales.

La stéréo-radiographie constitue une alternative intéressante aux défauts de la radiographie. Elle a été utilisée en biomécanique humaine pour la mesure de déplacements de faible amplitude (Selvik, 1989). Cette technique présente cependant l'inconvénient de ne fournir que des mesures séquentielles.

Finalement, la méthode retenue est la cinématique tridimensionnelle. Cette méthode présente le double avantage de fournir des mesures continues à une fréquence d'acquisition de 25 Hz et de permettre le suivi simultané des trois articulations digitales.

1.3.1. Choix de la méthode de calcul

Les mouvements relatifs de deux solides évoluant dans l'espace peuvent être quantifiés par plusieurs techniques.

1.3.1.1. Angles d'Euler et angles cardaniques

L'analyse par les angles d'Euler vise à positionner un segment mobile par rapport à un segment de référence en considérant leur alignement absolu. La position relative des deux repères est décrite par un vecteur connectant leurs centres et trois rotations ?, ? et ?. Ces rotations sucessives font passer la base mobile de l'orientation de la base de référence à l'orientation qu'elle possède effectivement.

Dans le cas des angles d'Euleur, au sens historique du terme, les trois rotations s'effectuent autour de l'axe Z du repère de référence à l'orientation qu'elle possède effectivement.

Dans le cas des angles d'Euler, au sens historique du terme, les trois rotations s'effectuent autour de l'axe Z du repère de référence, puis X', puis Z''. Cette séquence n'est pratiquement pas utilisée car elle fait intervenir deux fois le même axe et n'a pas de signification anatomique.

Les angles cardaniques, couramment appelés angles d'Euler par généralisation de la méthode, font intervenir trois rotations qui s'effectuent autour d'un axe de la base de référence puis des axes transformés (axes mobiles). Cette méthode est bien corrélée aux principes d'étude de l'anatomie fonctionnelle. Cependant, compte tenu de la non commutativité de la multiplication matricielle, elle présente l'inconvénient d'être dépendante des rotations choisi.

Grood et Suntray (1983) ont proposé un système de repère articulaire indépendant de cette séquence, dans lequel deux axes sont liés aux segments osseux et le 3^ème axe (axe intermédiaire) est perpendiculaire aux deux autres. En terme de rotation, ce système est en fait équivalent à une séquence particulière des angles cardaniques avec une localisation anatomique des deux axes du système. Finalement, un changement dans l'ordre des rotations s'accompagne d'une modification de la définition des axes de ce système, dont les rapports avec les segments osseux seront intervertis.

1.3.1.2. Axe hélicoïdal du mouvement

Le déplacement d'un solide peut être décrit par un mouvement hélicoïdal, c'est à dire par une rotation autour et une translation selon un axe instantané (Bull et Amis, 1998). Cette technique a été fréquemment utilisée dans l'étude du genou (Shiavi et al., 1987 a et b ; Kinzel et al, 1972 a et b ; Blankevoort et al, 1990). Elle a fait l'objet d'un grand débat sur le serveur internet de l'International Society of Biomechanics au début des années 1990. Il s'est soldé par la préférence des principes de Grood et Suntray (1983) plus palpables anatomiquement que cet axe hélicoïdal instantané, pourtant ardemment défendu par HJ Woltring (1991).

1.3.1.3. Conclusion

Le chois de la représentation mathématique est fondamental car il conditionne l'interprétation des résultats. Suivant les préceptes de l'ISB (Wu et Cavanagh, 1995), la méthode des angles cardaniques a été retenue pour sa capacité à représenter concrètement les angles anatomiques.

1.3.2. Choix du référentiel

1.3.2.1. Référentiel R₀ (référentiel cinématique global)

Nous avons tout d'abord mené cette étude en utilisant le référentiel défini par la structure de calibration. Dans cette approche, l'orientation absolue des segments osseux est définie par rapport aux trois plans du référentiel R₀, à savoir : le plan sagittal (X-Z)/angle ?₁, le plan frontal (Y-Z)/angle ?₂ et le plan transversal (X-Y)/angle ?₃. L'angle articulaire est obtenu en faisant la différence entre les angles homologues des segments articulaires.

En fait ce raisonnement est faux car les rotations dans l'espace n'ont pas un comportement vectoriel et de ce fait ne possèdent pas les propriétés d'additivité et de commutativité des vecteurs, à moins qu'elles ne soient très faibles (Woltring, 1994).

Il est donc nécessaire d'utiliser un référentiel intangible, lié à l'un des segments osseux définissant l'articulation.

1.3.2.2. Référentiel R_p (segment proximal) ou R_d (segment distal)

Tout mouvement articulaire est décrit en considérant qu'un segment est immobile et que le segment complémentaire se déplace. Dans le cas d'une articulation simple, le segment distal peut se déplacer par rapport au proximal ou l'inverse.

Le choix peut être dicté :

• par le respect d'une convention permettant de comparer des données d'une expérimentation à l'autre,
• par la nécessité d'illustrer le fonctionnement d'une chaîne articulaire, où il peut être intéressant de considérer que le segment le plus distal est fixe au cours de l'appui et donc d'envisager les mouvements du repère proximal par rapport au repère distal (Kinzel et Gutowski, 1983).

Woltring (1991) rappelle que le mouvement articulaire est généralement défini comme le mouvement du segment distal par rapport au segment proximal considéré comme fixe. Nous avons adopté cette disposition dans le respect des conventions anatomo-fonctionnelles usueles.

1.3.3. Choix de la séquence des rotations

Dans un système d'axes mobiles, la matrice globale de rotation est obtenue en multipliant les matrices élémentaires dans l'ordre des rotations (Veron, 1995). Ces trois rotations décrivent la flexion/extension (F), la collatéromotion (C) et la rotation axiale (R). Elles peuvent être agencées selon six séquences. L'annexe deux fournit le formulaire des six combinaisons. Par convention, la flexion est toujours définit par ?₁, la collatéromotion par ?₂ et la rotation axiale par ?₃.

1.3.3.1. Incidence de la séquence - étude théorique

L'examen du formulaire (annexe 2) montre que, pour des matrices de rotations différentes, les valeurs de ?_1, ?_{2 et} ?_{3 ne sont jamais calculées de la même façon. L'influence de la séquence s'observe directement sur les équations mathématiques, car la multiplication matricielle n'est pas commutative :} (Fioretti et al, 1997).

En conséquence :

• La séquence détermine les résultats et ils doivent être interprétés en fonction d'elles (Areblad et al., 1990 ; Woltring, 1991). Des résultats obtenus en utilisant des séquences différentes ne sont théoriquement pas comparables.
• Le mouvement est décrit par une succession de trois rotations, mais ces trois angles ne sont pas indépendants les uns des autres et un angle ne peut être interprété qu'à la lumière des deux autres (Grood et Suntray, 1983).
• La séquence conditionne l'interprétation des résultats car elle contribue  déterminer un système d'axe spécifique (Grood et Suntray, 1983)

Pour déterminer le choix de la séquence, trois éléments ont été considérés :

• l'influence de la séquence sur l'étude particulière de nos données expérimentales,
• la confrontation avec d'autres travaux similaires,
• et la convergence avec la standardisation proposée par l'ISB en matière de mesure 3 chez l'homme.

1.3.3.2. Incidence de la séquence - étude particulière des données expérimentales

Trois conditions ont été testées : N, EQL, EQM. Les ?₁, ?₂ et ?₃  ont été calculés pour chacune des six séquences possibles en axes mobiles. Les lettres F, C et R représentent respectivement les matrices élémentaires correspondant aux angles de flexion/extension, collatéromotion et rotation axiale. L'ordre de ces lettres représente l'agencement de la multiplication matricielle. Chaque courbe expérimentale est interpolée par un polynôme du 3^ème degrés afin d'améliorer la lisibilité des graphiques.

L'examen de ces courbes laisse apparaître plusieurs phénomènes :

• les angles de flexion/extension sont peu influencés par le choix de la séquence (figure 16).
• pour l'AIPP, dont l'amplitude de flexion est faible (8.1° en moyenne, CFR se projette sur FCR et  FRC, et RFC se projette sur CRF et RCF (figure 18).

La position du mouvement de grande amplitude (flexion) dans la séquence conditionne le résultat des petites rotations. L'effet de la séquence est minimisé lorsqu'une seule rotation est de grande amplitude, à condition que ce ne soit pas la rotation centrale autour de l'axe intermédiaire (Woltring, 1991 ; Blankevoort et al, 1988)

• Pour l'AMP et l'AIPS, où ?₁ (flexion/extension) est important, les séquences CFR et RFC (flexion au centre) donnent des résultats atypiques en terme de collatéromotion et de rotation. A l'inverse, les séquences FCR/FRC et CRF/RCF donnent des courbes non superposables mais qui suivent une évolution comparable.
• Lorsque l'amplitude de flexion est moindre (AIPP par exemple), sa position dans la séquence a peu d'influence.

1.3.3.3. Incidence de la séquence - confrontation avec d'autres travaux

Ces constatations sont en accord avec des études similaires menées chez l'homme. Fioretti et al. (1997) ont testé les six séquences d'angles cardaniques et un mouvement hélicoïdal pour le genou humain. Ils ont également observé que l'angle de flexion/extension est celui qui est le moins sensible à la séquence. Les angles d'abduction et d'adduction ont une évolution qui dépend de l'angle de flexion : plus l'angle de flexion est grand, plus les deux petits angles varient d'une séquence à l'autre. Ils ont démontré que cette interférence est majorée lorsque la flexion est au centre. Les séquences où la flexion est une extrémité, produisent des résultats similaires.

En définitive, il nous a paru logique de ne pas retenir les séquences CFR et RFC (flexion au centre) et de choisir entre les deux autres possibilités : FAR/FRA ou ARF/RAF. Il n'y a pas à priori d'argument pour préférer l'une plutôt que l'autre, d'autant plus que ce choix ne conditionne pas qualitativement le résultat. Il parait donc logique de s'attacher aux conventions déjà adoptées en biomécanique humaine, et notamment par l'instance internationnale : l'International Society of Biomechanics.

1.3.3.4. Incidence de la séquence - conventions ISB

La comité pour la standardisation de la Société Internationale de Biomécanique a publié, en 1992, deux notes qui recommandent de considérer la convention de Chao/Grood & Suntay (Wu et Cananagh, 1995). L'approche de ces auteurs est basée sur l'utilisation d'une séquence nique de rotations, justifié par l'utilisation de gonomètres dont les axes doivent être prédéfinis.

Cette convention considère la séquence FCR en axes mobiles, le segment distal se déplaçant par rapport au segment proximal, considéré comme référence (Small et al, 1992). La décomposition début donc par une rotation autour de l'axe Y du repère R_p annexé au segment proximal, puis une rotation autour de l'axe intermédiaire (perpendiculaire aux deux axes extrêmes) et enfin une rotation autour de Z_d.

1.4.1. Choix raisonné de la technique

Les trièdres définissent les bases locales liées à chaque segment osseux. L'utilisation de ces structures a été dictée par des considérations théoriques et expérimentales.

Selon Cappozzo (1984) :

• il faut minimiser les mouvements entre les marqueurs et les os de manière à ce que ces marqueurs soient représentatifs des mouvements des segments,
• la distance entre les marqueurs doit être suffisamment importante pour que l'erreur de mesure sur les coordonnées 3D des marqueurs influe peu sur les angles calculés,
• tous les marqueurs doivent être vus à chaque instant par au moins deux caméras

Dans le cas particulier de notre étude, nous pouions avoir recours :

• à la pose de marqueurs cutanés,
• à l'implantation de marqueurs dans l'os après dépouillement cutané, associé à la création d'un repère par la radiographie,
• à l'implantation de repères à distance.

Les marqueurs cutanés représentent mal les mouvements des segments car la peau glisse à la surface des os (van Weeren, 1989 ;  van Weeren et al., 1992). Reinshmidt et al. (1997) ont montré que les marqueurs cutanés placés sur le genou de l'homme n'apportent des informations pertinentes que pour la flexion/extension. Les mouvements de collatéromotion et de rotation axiale n'étaient pas quantifiables avec ces marqueurs. Par ailleurs, la précision des résultats est d'autant meilleure que les marqueurs définissant les repères sont éloignés les uns des autres. Ceci a conduit certains auteurs à placer les marqueurs à distance du sujet sur des tiges collées à la peau (Cappozzo, 1984).

Ces considérations nous ont conduit à tester deux situations.

Dans un premier temps, quatre marqueurs ont été implantés dans chaque os, après dépouillement du membre. Pour des raisons d'espacement, ces marqueurs étaient répartis sur les deux faces des segments osseux et étaient donc suivis par deux couples différents de caméras vidéos. Des radiographies de face et de profil étaient ensuite prises et les axes anatomiques étaient reconstruits. Il est apparu d'emblée qu'il y avait une incohérence entre les deux vues. Nous avons donc cherché à normaliser les radiographies en utilisant un appareil à focale fixe et en coulant chaque phalange dans un bloc parallélipédique de paraffine. Les blocs ainsi obtenus ont été radiographiés de face et de profil. Malgré le positionnement répétable des blocs et les corrections apportées aux erreurs de déformations conique de la radiographie, une incohérence de l'ordre de 2mm a persisté entre les deux vues. Nous avons donc choisi de nous affranchir de la radiographie en plaçant les marqueurs à l'extérieur des phalanges.

Les repères locaux ont donc été définis par les trièdres portant quatre marqueurs déterminant un repère orthonormé direct. Ces trièdres ont été fixés au sommet d'une tige filetée, vissée et assujettie dans la corticale osseuse.

1.4.2 Intérêts de la technique

Cette technique présente des avantages :

• les marqueurs sont éloignés les uns des autres ce qui minimise l'imprécision de la reconstruction des repères.
• Ils sont fixés à l'os et ne sont pas soumis aux glissements cutanés.
• Ils sont placés d'un seul côté du membre et sont donc tous filmés par les trois caméras. Ceci évite les incohérences entres des mesures effectuées par des couples de caméras placés de part et d'autre du membre.

1.4.3. Limites

Cette technique présente néanmoins des défauts :

• Elle ne permet pas la mesure des translations car la position des repères n'est pas rapportée à l'os.
• L'alignement des axes des trièdres ar rapport à l'os est difficile et la répétabilité de leur orientation d'un membre à l'autre est faible. En conséquence, cette méthode, à ce stade son développement, ne permet pas la comparaison des valeurs absolues entre les membres ; seules les valeurs relatives (c'est à dire les différences avec l'appui neutre et l'amplitude des phénomènes au cours de la mise en charge) peuvent être comparées.
• Enfin, l'utilisation de quatre marqueurs par trièdres n'est pas indispensable puisque trois points non colinéaires suffisent à déterminer une base orthonormée. L'évolution de la technique devrait passer par l'utilisation d'équerres à trois marqueurs, où le troisième vecteur unitaire sera déterminé par la produit vectoriel des deux autres. Ce dispositif devrait permettre de réduire les erreurs de construction telles que celles objectivées sur les trièdres.

Il convient d'apprécier la validité de la méthode mise en oeuvre, afin d'avaluer la pertinence des résultats obtenus in vitro par rapport à la physiologie réelle des articulations digitales sur le cheval vivant.

2.1 Nature et préparation des membres

2.1.1. Niveau de section du membre

Le niveau de section des membres permet de conserver l'intégrité des attaches des corps charnus et des ligaments accessoires des muscles fléchisseurs superficiel et profond du doigt. Ces formations musculo-tendineuses, grâce à l'intervention de leurs ligaments accessoires (et en parallèle avec le muscle inter-osseux III) régissent le fonctionnement automatique de la main du cheval (Baronne, 1989). Cette caractéristique anatomo-fonctionnelle autorise une reproduction in vitro assez fidèle de la phase de soutènement dans laquelle les interventions musculaires actives sont minoritaires (Denoix, 1987).

2.1.2. Préparation

La conservation et la dissection des pièves anatomiques ont été réalisées en veillant à respecter l'humidité des formations anatomiques mises à nue pour limiter la dessication en particulier des tendons et des ligaments périarticulaires.

Le parage des pieds par le même maréchal-ferrant a mermis d'homogénéiser les aplombs et de rectifier les éventuels déséquilibres latéro-médiaux de la boîte cornée.

2.2. Mise en charge

2.2.1. Mode de fixation du membre

Le mode de fixation proximal du membre présente l'avantage d'ête simple et reproductible. Toutefois, il est difficile de s'assurer que ce dispositif rigide reproduit effectivement les contraintes subies par le membre entier. Par ailleurs, il ne permet pas de simuler la configuration physiologique du membre au cours d'une foulée entière. Pendant la phase d'appui, le membre thoracique d'un cheval en mouvement passe d'une ortientation caudale, alors que nos conditions in vitro ne permettaient pas cette modification d'orientation. Ainsi, dans ce protocole expérimental, seule la phase intermédiaire de la foulée est véritablement simulée. Cette disposition est donc restrictive par rapport à la foulée considérée dans son ensemble.

2.2.2. Valeurs de début et de fin de test (50 dN et 600 dN)

La valeur de débit de test à 50 dN correspond à la charge à partir de laquelle les talons du pied sont en contact avec le sol. Cette valeur est largement inférieure à la charge supportée par un membre thoracique du vivant de l'animal : pour une cheval moyen pesant 500 kg, en position debout au placé, environ 60% du poids du corps sont supportés par les deux membres antérieurs. Un seul d'entre eux est donc théoriquement soumis à une charge d'environ 150 dN.

Le choix de la valeur de 600 dN pour la fin du test correspond à une valeur équivalente de la force verticale maximale subie par le sabot antérieur d'un cheval au trot (11.6 N/kg), d'après Merkens et al. (1993) (valeur déterminée sur des chevaux pesant, en moyenne, 624 kg) ou Schryver et al. (1978) qui estime que la force qui s'applique sur un membre thoracique de cheval au trot équivaut à 0.9 x le poids du corps. Cette contrainte reste largement inférieure à celle subie par le membre lors du galop (8500 N), mesurée grâce à des études sur plate-forme de force (Pratt et al., 1976, Qudus et al., 1978 et Rooney et al., 1978).

2.2.3. Vitesse de descente de la traverse

Les capacités maximales de vitesse de descente de la traverse sur la machine d'essai ont imposé une vitesse de 500 mm/mn. Cette vitesse ne permet pas de simuler un appui aux allures (40 cm/s pour un cheval au trot, en début de phase d'appui (Degueurce, 1995), contre 0.83 cm/s (500 mm/mn) sous presse).

2.3. Conclusion

Une membre isolé, in vitro, ne subit pas les contraintes dynamiques du membre sur l'animal en locomotion. En conséquence, l'interprétation des résultats doit tenir compte de ces limites. 

31. Etude préléminaire

3.1.1. Variabilité intra-individuelle (annexe 3)

Quatre membres ont été utilisés dans cette étude. Pour chacun d'entre eux, une même condition (N, EQM ou EQL) a été répétée trois fois au sein d'un carré latin. La moyenne des variabilités intra-individuelles (IAV) obtenues sur l'ensemble des paramètres est de ±0.2° (annexe 3).

Cette valuer faible est proche de celle du bruit de fond lié aux erreurs aléatoires et systématiques du systéme cinématique. Ceci traduit donc répétabilité des mesures pour une même condition, reproduite trois fois sur le même membre, et par suite, la répétabilité du positionnement du membre et des cales au sein du carré latin.

3.1.2. Varibilité inter-individuelle (annexe 3)

L'analyse des tableaux VII, VIII, et IX (annexe 3) met en évidence une disparité de la variabilité inter-individuelle (IEV) entre les valeurs angulaires absolues et relatives. Ainsi, le rapport IEV/IAV élevé, constaté sur les valeurs angulaires absolues, reflète le défaut de répétabilité dans l'orientation des trièdres d'un membre à l'autre. A l'inverse, ce rapport IEV/IAV se rapporche de un pour les valeurs relatives des angles de collatéromotion et rotation sous l'influence des cales (en comparaison à l'appui neutre) et permet de définir un comportement global pour la population étudiée.

Aussi, bien que le nombre de membres testés (4) reste insuffisant pour affirmer que ces spécimens particuliers reflètent de façon fiable une population plus générale, cette étude permet d'apporter des éléments de réflexion sur l'influence des modifications d'appui transversal du pied sur le comportement en collatéromotion et rotation axiale des articulations digitales.

3.1.3. Hétérogénéité des amplitudes de flexion/extension entre les membres

L'analyse particulière des résultats des angles de flexion/extension montre qu'ilexiste, entre les spécimens testés, une variabilité importante de l'amplitude d'extension métacarpo-phalangienne et des flexion interphalangiennes. Pour une même contrainte de 50 dN à 600 dN, l'articulation métacarpo-phalangienne du membre 3 s'étand de 50.9°±0.4 alors que le membre 1 ne s'étend que de 27.9°±0.6 lors d'un appui neutre. Ce résultat traduit l'hétérogénéité des membres utilisés, pour lesquels les déformations importées à l'appareil musculo-tendineux palmaire sont plus ou moins importantes.

Cependant, alors qu'il existe des variations inter-individuelles sur les amplitudes de flexion/extension, la variabilité inter-individuell des valeurs angulaires relatives en collatéromotion et rotation axiale est faible, ce qui traduit l'homogénéité de ces comportements articulaires entre les spécimens testés, malgré leur différence de comportement en flexion.

3.2.1. Caractérisation du comportement

L'influence de l'appui dissymétrique du pied sur le comportement en flexion/extension, collatéromotion et rotation axiale de chacune des articulations digitales considérées peut être décrit.

• Flexion/extension - Les rotations autour de l'axe Yp, considéré comme axe de flexion/extension, sont peu influencées par l'apposition de cales élevant les quartiers du pied. Une discrète diminution de l'amplitude de flexion de l'articulation interphalangienne proximale est cependant mise en évidence dans les deux conditions d'appui dissymétrique du pied. Ce phénomène peut s'expliquer par l'apparition de mouvements assiciés en collatéromotion et en rotation qui tendent à augmenter les sollicitations sur les structures ligamentaires péri-articulaires et contribuent à limiter la flexion de cette articulation.
• Collatéromotion - Les rotations autour de l'axe intermédiaire X', considéré comme axe de collatéromotion, sont à l'inverse, fortement influencées par l'appui dissymétrique du pied. Quelle que soit l'articulation considérée, il existe une collatéromotion qui peut être qualifiée d'homolatérale (l'élévation du quartier médial provoque une médiomotion et inversement). Ce mouvement traduit l'ouverture de l'interligne articulaire du côté opposé à la cale. Un comportement moyen peut être défini, sur les 4 spécimens testés (Tableau V).
• Rotation exiale - Enfin, les rotations autour de l'axe Zd, considéré comme axe de rotation axiale, sont également très influencées par l'appui dissymétrique du pied. L'apposition d'une cale modifiant l'équilibre latéro-médial du pied induit une rotation du sagment distal par rapport au segment proximal dans le sens opposé au côté de la cale (rotation controlatérale). Si cette observation est vraie pour trois articulations digitales, des comportements originaux sont cependant mis en évidence dans chaque situation (Tableau VI).

3.2.2. Confrontation avec d'autres travaux

• Denoix (1987) - Les résultats de cette étude confirment les observations semi-quantitatives obtenues par l'analyse des surfaces cartilagineuses d'affrontement, sur membres isolés soumis à compression (Denoix, 1987). L'association d'une rotation des parties distales et d'u ouverture des interlignes articulaires du côté opposé à l'appui a déjà été décrite. Denoix remarque que cette association va à l'encontre des penchants spontanés des articulations métacarpo-phalangienne et interphalangiennes pour lesquelles ces deux mouvements se font dans le même sens, lorsqu'ils sont associés au coursdu soutien.
• Caudron et al. (1998 I et II) - Caudron et al. ont étudié l'influence de l'appui dissymétrique du pied et des rotations phalangiennes sur différents angles mesurés radiographiquement. Les auteurs décrivent l'existence d'une rotation et la phalange distale dans le sens opposé à la cale et d'une compression articulaire du côté de l'appui dissymétrique. La méthode utilisée ne permet cependant pas de discriminer les rotations axiales des articulations interphalangiennes poximale et distale et Caudron considère que ces phénomènes peuvent être négligés sur l'AIPP, compte tenu de la faible mobilité de cette articulation. Les résultats de notre étude contredisent cette affirmation, en soulignant à l'inverse l'importance de la participation interphalangienne proximale dans les mouvements de rotation axiale du segment digital.

3.2.3 Originalités

Pusieurs comportements articulaires originaux peuvent être mis en évidence.

La mise en charge du membre s'accompagne dans toutes les circonstances d'appui et pour tous les membres testés d'une rotation latérale de la phalange proximale par rapport au métacarpien III. Cette rotation est amplifiée par l'élévation médiale du pied et atténuée par l'élévation latérale du pied. Ce phénomène n'a jamais été quantifié expérimentalement, bien que Rooney (1974) l'ait subjectivement suspecté compte tenu de l'assyétrie anatomique latéro-médiale des condyles métacarpiens et des surfaces glénoïdales qui leur font face (Annexe 1).

L'augmentation de la charge imposée ne s'accompagne pas nécessairement d'une augmentation des sollicitations en collatéromotion ou rotation des articulations digitales, sous l'influence de l'appui dissymétrique du pied. Ceci est vrai pour les phénomènes de collatéromotion de l'AIPP ou de rotation axiale de l'AIPD pour lesquels, les modifications géométriques de la conformation articulaire apparaissent dès 50 dN et n'évoluent plus avec la mise en charge.

L'évolution du comportement en collatéromotion de l'AIPD, sous l'influence d'un appui dissymétrique, est encore plus particulier, puisque le phénomène de collatéromotion qui est important à 50 dN est progressivement atténué avec la mise en charge. La mise en tension des moyens d'union complémentaires de cette articulation et en particulier de l'extrémité distale du tendon extenseur dorsal du doigt par l'intermédiaire des brides du muscle interosseux IIII pourrait contribuer à expliquer ce phénomène.

A l'inverse, la rotation axiale de l'AIPP et la collatéromotion matacarpo-phalangienne sont amplifiées avec la mise en charge du membre, sous l'influence de modifiations d'appui transversal du pied.

Finalement, lors d'appui dissymétrique du pied, l'articulation interphalangienne distale est très sollicitée en rotation et collatéromotion pour de faible charge, alors que la collatéromotion de cette articulation s'atténue avec la mise en charge. En contre-partie, les articulations plus proximales (AIPP et AMP) sont plus faiblement sollicitées pour de faibles charges, mais la sollicitation en rotation de l'AIPP et en collatéromotion de l'AMP s'intensifient avec l'augmentation de la charge. 

Ces éléments de réflexion se limitent incontestablement à une approche géométrique de la biomacanique digitale et ne prétendent pas statuer sur un comportement articulaire en terme de contrainte. Ils apportent néanmoins une base de réflexion expérimentale objective pour tenter d'établir des corrélations lésionnelles avec plusieurs affections du segment digital chez le cheval.

Quelle que soit l'articulation concernée, l'association des mouvements de collatéromotion et de rotation, générés par l'appui dissymétrique du pied, contribue à augmenter les sollicitations sur l'environnement ligamentaire et capsulaire péri-articulaire. Le ligament collatéral du côté opposé à l'appui tend notamment à l'imiter l'ouverture de l'interligne articulaire et la rotation qui lui est associée. Comme le soulignent McIlwraith et Goodman (1989), l'éiopathogénie des affections ostéoarticulaires dégénératives est fréquemment liée à des lésions des tissus mous péri-articulaires, et en particulier des ligaments collatéraux, qui conduisent à une instabilité articulaire. Ces faits cliniques mettent en exergue l'importance de mieux appréhender les conditions locomotrices dans lesquelles les modifications d'orientation des rayons osseux risquent d'accroître les sollicitations sur ces formations.

Dans ce sens, nos constatations expérimentales étayent de nombreuses observations cliniques telles que l'apparition de luxation de l'articulation métacarpo-phalangienne lorsque le cheval marche dans un trou (Stashak, 1987 ; Swanson, 1988 ; Yovich et al., 1987) ou l'augmentation de l'incidence des affections dégénératives de l'articulation interphalangienne proximale chez des chevaux dont l'activité sportive impose des voltes serrées et des tournants rapides telle que le polo ou le western (Stashak, 1987).

De même, on peut suspecter que les mouvements de collatéromotion et de rotation imposés aux articulations interphalangiennes, lors d'appui dissymétrique du pied, favorisent la génèse et l'évolution de lésions de l'appareil podotrochléaire (desmotathie des ligaments sésamoïdiens collatéraux et distal, fracture de l'os sésamoïde distal) et contribuent à expliquer l'augmentation des boiteries associées à ces lésions sur le cercle.

La fréquence des affections unilatérales des formations symétriques de l'appareil suspenseur du boulet, tend à démontrer que les sollicitations sur ces formations ne son pas homogènes (Denoix, 1987). L'apparition d'un mouvement de collatéromotion de la phalange proximale par rapport à l'os métacarpien III peut contribuer à augmenter les sollicitations sur la branche du muscle interosseux III du côté opposé à l'appui. Ce mécanisme participe probablement à l'étiophathogénie des desmopathies unilatérales de la branche correspondante ou des fractures transversales de l'os sésamoïde proximal sur lesque elle s'insère (Denoix, 1987). Wheat et Rhode (1958) constantent d'ailleurs la relation de cause à effet entre les déséquilibres latéro-médiaux de l'appui du pied et l'apparition des fractures du l'os sésamoïde proximal. Ils citent, à titre d'anecdote, le cas d'une fracture de l'os sésamoïde proximal attribué à un appui sur une balle de golf. Ces observations concordent avec notre interprétation clinique de faits expérimentaux. Ils citent, à titre d'anecdote, le cas d'une fracture de l'os sésamoïde proximal attribué à un appui sur une balle de golf. Ces observations concordent avec notre interprétation de faits expérimentaux.

Enfin, la caractéristique de ces mouvements renforce l'hypothèse d'origine mécanique de certaines fractures du doigt.

A titre d'exemple, la rotation axiale de la phalange proximale peut favoriser l'apparition des fractures sagitales de cette dernière. En effet, dans ce mouvement, il est probable que le relief sagittal de l'extrémité distale de l'os métacarpien III agisse comme une cale dans la gorge proximale de la phalange proximale (Denoix, 1987 ; Stashak, 1987) et initie un trait de fracture au sein de cette dépression (figure 19).

L'observation d'un comportement original en rotation latérale de l'articulation métacarpo-phalangienne peut également être mise en relation avec la constatation de lésions fréquemment latéralisées dans cette articulation. C'est le cas des fractures condylaires parasagittales de l'extrémité distale de l'os métacarpien III, qui typiquement intéressent le condyle latéral (Stashak, 1987 ; Honnas, 1992) et sont conidérées par Riggs et al. (1999) comme un exemple de fracure de fatigue. L'approfondissement des connaissances sur le comportement de cette articulation apporte donc un élément supplémentaire pour tenter d'appréhender les mécanismes biomécaniques régissant à ce type de lésion.

Au bilan, notre étude in vitro apporte des renseignements originaux sur l'évolution des comportements en rotation des articulations digitales sous l'influence d'un appui dissymétrique du pied. A ce titre, elle permet de proposer des éléments de réflexion objectifs sur l'interprétation étiologique de lésions ostéo-articulaires, ligamentaires et tendineuses du segment digital chez le cheval. Ces éléments se limitent incontestablement à une approche géométrique de la biomécanique digitale et ne prétendent pas statuer sur un comportement articulaire en terme de contrainte.

L'interprétation des résultats ne peut se faire qu'à la lumière des choix méthodologiques envisagés et, en particulier, de la modélisation mathématique qui conditionne le sytème d'axe utilisé. Dans le contexte de cette étude, nous nous sommes limités à l'évaluation de trois degrés de liberté en rotation des articulations digitales. Pour décrire plus complètement le comportement articulaire, cette approche pourra être complétée par l'évauation des mouvements de translation, afin d'atteindre un modèle articulaire à 6 ddl.

Par ailleurs, les résultats obtenus démontrent une imprécision et un défaut de répétabilité sur l'orientation des bases locales par rapport aux axes anatomiques des segments osseux qui leurs sont assiociés. Cette imprécision est inhérente à l'ajustement visuel des axes des trièdres.

En conséquece, une amélioration de la méthode est envisagée. L'adjonction d'une étape de stéréo-radiographie permettrait de définir les relations géométriques entre trois marqueurs radio-opaques implantés dans le segment osseux et la balise cinématique externe (trièdre, ou mieux, équerre à trois marqueurs). Cette étape supplémentaire devrait permettre de préciser le positionnement du repère local par rapport au segment et, en corollaire, de définir judicieusement un point d'origine au vecteur de translation. Elle limitera de plus les défauts d'orientation de la base locale.

Néanmoins, cette méthodologie qui n'avait, à jour, jamais été utilisé chez le cheval, ouvre des perspectives d'applications intéressantes et variées.

• D'ores et déjà, elle sert de base à l'interprétation des corrélations entre les déformations tendineuses et le comportement des articulations digitales (Jerbi, 1998). Les modifications de l'appui du pied dans le sens longitudnal sont parallèlement étudiées de façon à objectiver l'influence de la ferrure sur les articulations et les déformations tendineuses, in vitro.
• En outre, cette méthode peut être directement appliquée à l'étude in vitro de lésions ligamentaires induites (ligaments collatéraux des articulations digitales, ligaments accessoires des tendons fléchisseurs), pour en évaluer l'incidence sur la stabilité articulaire.
• Enfin, cette méthode ouvre un large champ d'applications à d'autres régions de l'appareil locomoteur du cheval. L'importance clinique des affections ostéo-articulaires vertébrales dorsales justifie en particulier l'approfondissement des conceptions actuelles sur la mécanique régionale du segment thoraco-lombo-sacral chez le cheval.

1. Articulation métacarpo-phalangienne

L'articulation métacarpo-phalangienne est une articulation synoviale de type condylaire qui unit l'extrémité distale de l'os métacarpien III à la phalange proximale et aux os sésamoïde proximaux. Elle constitue la base anatomique de la région du boulet.

1.1. Surfaces articulaires

L'os mécarpien principal présente deux surfaces cylindriques très régulières et presque symétriques, de part et d'autre d'un relief sagittal étendu de la marge dorsale au revers palmaire de la surface articulaire. La partie médiale est un peu plus volumineuse que la latérale. La surface sésamoïdo-phalangienne, très étendue et concave dans le sens dorso-palmaire, est formée à parts presque égales par l'extrémité proximale de la phalange proximale et les os sésamoïdes proximaux. Une gorge sagittale large et profonde sépare deux cavités glénoïdales, dont la médiale est un peu plus arge.

1.2. Moyens d'union

Outre la capsule articulaire, épaissie dorsalement, plusieurs formations ligamentaires interviennent dans la stabilité de l'articuation métacarpo-phalangienne :

• les ligaments collatéraux métacarpo-phalangiens, constitués par deux faisceaux étroitement unis, l'un superficiel et l'autre profond, qui prend naissance proximalement dans la dépression située à la face abaxiale du condyle métacarpien et aboutit distalement sur le côté de l'extrémité proximale de la phalange proximale.
• les ligaments sésamoïdiens collatéraux, qui s'étendent de la face abaxiale de l'os sésamoïde au tubercule de l'extrémité proximale de la phalange proximale.
• le ligament intersésamoïdien, unique et épais, qui concourt à former une large coulisse (Scutum proximal) qui sert de surface de glissement aux tendons fléchisseurs du doigt.
• les ligaments sésamoïdiens distaux (ligaments sésamoÏdiens droit, obliques, croisés et courts),qui contribuent à sollidariser les os sésamoïdes proximaux et la phalange proximale.
• le muscle interosseux III (ou ligament suspenseur du boulet), qui prend proximalement une attache étendue sur les rugosités palmaires de l'os métacarpiens III, couvre la face palmaire de l'os métacarpien III et se divise distalement en deux grosses branches, dont chacune aboutit au sommet de l'os sésamoïde correspondant. Au niveau de cette insersion, chaque branche délègue une bride fibreuse qui contourne la phalange proximale pour rejoindre le tendon de l'extenseur dorsal du doigt.

1.3. Moyens complémentaires d'union

L'articulation métacarpo-phalangienne est renforcée dorsalement par les tendons extenseurs dorsal et latéral du doigt et à sa face palmaire par les tendons fléchisseurs. Ces derniers concourent avec le muscle interosseux au soutènement de l'angle métacarpo-phalangien et de l'ensemble du rayon digital.

L'articulation interphalangienne proximale est une articulation synoviale du type condylaire, qui unit la phalange proximale et la phalange moyenne.

2.1. Surfaces articulaires

L'extrémité distale de la phalange proximale est occupée par une trochlée large mais peu profonde formée par deux reliefs condylaires. La phalange moyenne présente un surface articulaire proximale formée de deux cavités glénoïdales peu profondes, séparées par un léger relief intermédiaire.

2.2. Moyens d'union

Les deux phalanges sont assujetties par une capsule articulaire que renforcent de chaque côté un ligament palmaire et un ligament collatéral. Ces ligaments collatéraux sont larges et épais, parfaitement symétriques par rapport à l'axe du doigt. Chacun d'eux prend origine sur le tubercule correspondant de l'extrémité distale de la phalange proximale et se porte en direction disto-palmaire, en rayonnant sur le côté de la phalange moyene.

2.3. Moyens complémentaires d'union

Ils sont fournis dorsalement par le tendon extenseur dorsal du doigt qui renforce la capsule et, palmairement par les tendons fléchisseus du doigt.

L'articulation interphalangienne distale est une articulationde type condylaire qui assure l'nion de la phalange distale, complétée de l'os sésamoïde distal, à la phalange moyenne.

3.1. Surfaces articulaires

La phalange moyenne porte une trochlée formée par deux reliefs condylaires. La surface articulaire de la phalange distale est principalement constituée par deux cavités glénoïdales séparées par un léger relief dorso-palmaire qui aboutit dorsalement au processus extensorius. Du côté palmaire, cette surface est complétée par l'os sésamoïde distal.

3.2. Moyens d'union

La coaptation est assurée par la capsule articulaire et des ligaments sésamoïdiens et collatéraux.

• L'os sésamoïde distal est attaché à la phalange distale par un ligament sésamoïdien distal et aux phalanges moyenne et proximale par des ligaments sésamoïdiens collatéraux.
• Les ligaments collatéraux sont situés de part et d'autre de l'articulation. Leur disposition est symétrique chez les Equidés.

3.3. Moyens complémentaires d'union

Du côté dorsal, l'articulation est encore affermie par la terminaison du tendon du muscle extenseur dorsal du doigt. A la face palmaire, le tendon fléchisseur profond du doigt se réfléchit sur le scutum distal formé par l'os sésamoïde distal, contre lequel il glisse avant de s'attacher à la surface semi-lunaire de la phalange distale.

L'articulation est en outre couverte de chaque côté par un épaisse lame fibro-cartilagineuse : le cartilage ungulaire.