Centre Européen de la Colonne Vertébrale - TELEMEDECINE

Clinique du Parc - Lyon (France) Théorie du chaos

2 - Quand appareiller une scoliose idiopathique ? Théorie du chaos et screening

Introduction.

Le problème se pose pour les scolioses de moins de 20°. Il est admis pour l’instant que nous n’avons aucun critère permettant de prédire l’évolutivité de la scoliose. Le prescripteur a alors deux solutions :

Soit traiter immédiatement avec le risque de faire porter inutilement un corset à l’enfant,

Soit attendre la certitude de l’aggravation de la scoliose avant de prescrire un corset avec le risque du reproche des parents qui constatent que nous avons laissé s’aggraver la scoliose sans rien faire.

Le concept de la théorie du chaos permet d’éviter cet écueil.

LA THEORIE DU CHAOS

« Il peut arriver que de petites différences dans les conditions initiales en

engendrent de très grandes dans les phénomènes finaux. La prédiction

devient impossible et nous avons le phénomène fortuit. Une cause très

petite qui nous échappe, détermine un effet considérable que nous ne

pouvons pas voir et alors nous disons que cet effet est dû au hasard. »

Henri POINCARE : Science et Méthodes 1908

Edward Norton Lorenz est météorologue. De sa fenêtre de « l'lnstitut of Technology du Massachussetts » il contemple les nuages. Sur son ordinateur un « Royal Mac Bee » qui occupe une partie importante de son bureau, il reconstitue le mouvement et la vitesse des vents sur un globe idéal et toutes les heures les cyclones numérisés s'étalent sur les listings. Avec son ordinateur Lorenz a réduit l'atmosphère à une dizaine d'équations et petit à petit le système révèle lentement ses secrets. Un jour d'hiver 1961, Lorenz cherche à augmenter le temps des prévisions. Il a déjà effectué des prévisions sur plusieurs jours et théoriquement il doit repartir depuis le début. Mais il prend un raccourci, au lieu de reprendre au début l'exécution de son programme, il commence à mi-chemin, c'est-à-dire qu'il introduit manuellement dans la machine les conditions initiales en tapant des nombres tirés du dernier listage. Cette nouvelle exécution aurait du reproduire exactement l'ancienne sur la période de temps déjà explorée : Lorenz avait lui-même introduit les nombres dans l'ordinateur et le programme était le même. Pourtant, en regardant le nouveau listage, il s'aperçoit que les prévisions de la météo numérique sont totalement divergentes jusqu'à la disparition de toute ressemblance entre elles. Soudain, il comprend la vérité, l'ordinateur garde en mémoire 6 chiffres après la virgule, alors que cette précision pour des raisons de place n'est que de 3 chiffres sur le listage. Les nombres tronqués ont été rentrés dans la machine et cette petite différence de 1 pour mille bien négligeable compte tenu de la précision habituelle du recueil des données va déclencher la tempête sur l'ordinateur. Lorenz vient de formaliser la théorie du chaos. Le titre de sa communication, la plus citée dans la bibliographie spécialisée a été initialement présentée le 29 décembre 1972 au 139ème meeting de l'American Association for the Advancement of Science qui eut lieu à Washington et pose bien le problème : « Est-ce qu'un battement d'ailes de papillon au Brésil peut provoquer une tornade au Texas ? » (Lorenz, 1979).

Au XVIII siècle, Isaac Newton a défini l’équivalence masse-énergie et trouve de manière explicite la cause de certains mouvements apparemment désordonnés. Il parle de déterminisme. La mécanique newtonienne n’est pas fausse, mais considère l’homme debout immobile contre la pesanteur.

Dès le début du siècle, le mathématicien Henri Poincaré se rend compte que l’espace euclidien à 3 dimensions ne rend pas compte de tous les phénomènes.

Benoît Mandelbrot précise qu’un point n’est pas toujours dans un espace à 3 dimensions, il peut se situer, par exemple, dans un espace à 3,3897 dimensions. La valeur décimale indique comment

varie l’intensité de la déformation selon chacune des directions de l’espace. C’est la dimension fractale. Au cours de ces 40 dernières années, mathématiciens et physiciens ont tenté d’expliquer l’aspect irrégulier de la nature, son caractère discontinu et désordonné par la théorie du chaos. L’une des caractéristique du concept biomécanique d’intégrité tensionnelle, décrite en 1920 avant la connaissance des fractales est que ces systèmes ont théoriquement une taille illimitée.

En théorie du chaos, les attracteurs étranges sont la preuve d’un déterminisme chaotique. Les images fractales, comme le tracé de l’électroencéphalogramme, constitue des attracteurs étranges.

En 1963 le titre de la communication d’Edward Edward Norton Lorenz, la plus citée dans la bibliographie spécialisée, pose bien le problème : «Est-ce qu’un battement d’ailes de papillon au Brésil peut provoquer une tornade au Texas ?»

La théorie du chaos a permis une progression dans la compréhension de toutes les sciences.

En médecine depuis 1986, date du premier congrès à Washington, cette théorie permet également d’expliquer l’évolution de nombreuses pathologies.

La première communication au congrès de Washington sur Médecine et théorie du chaos date de 1986 et concernait le mouvement des yeux chez le schizophrène.

IMPREDICIBILITE DE L'EVOLUTION

11 faut bien reconnaître que si nous connaissons relativement bien les lois de la croissance osseuse, la physiologie nerveuse et musculaire, la biomécanique vertébrale, les facteurs expérimentaux reproduisant une scoliose, les éléments cliniques péjoratifs... Nous sommes incapables de prédire l'évolutivité d'une scoliose.

Lorsqu'en 1989, Duval-Beaupère recherche tous les critères pouvant servir de prédicteurs de l'évolutivité d'une scoliose en période de croissance, elle ne peut retenir qu'un seul facteur avec un intervalle de confiance de 95 % ; c'est une angulation de scoliose supérieure à 35°, c'est-à-dire une scoliose dont le mur postérieur de la vertèbre apicale s'est déjà effondré.

En pratique, il faut bien dire à un enfant présentant une scoliose de 20° à 11 ans que nous ne pouvons prédire l'évolution, et que seule la surveillance stricte au moins tous les 6 mois permettra de préciser cette évolution et d'adapter la thérapeutique. Il ne faut en aucun cas rassurer à tort, ni dramatiser en envisageant un corset préventif.

SCOLIOSE MULTIFACTORIELLE

L'étude expérimentale des scolioses montre que de nombreux facteurs peuvent provoquer une scoliose chez l'animal : facteurs osseux, musculaires, ligamentaires, neurologiques, métaboliques et chimiques, posturaux.

On admet que la scoliose est une maladie multifactorielle, mais on n'a jamais pu démontrer que l'association de plusieurs facteurs va provoquer la scoliose.

La transposition linéaire chez l'homme est décevante.

La transposition chaotique est logique.

On admet volontiers qu'une perturbation du système postural, par exemple au niveau de l'articulation temporo-mandibulaire, ou du capteur podal, puisse dérégler le système et provoquer la tornade scoliotique. Il est par contre aussi illusoire de vouloir traiter la scoliose par une semelle plantaire que d'aller à la chasse au papillon pour éviter la tornade.

SCOLIOSE ET MODÉLISATION BIOMÉCANIQUE

D'après Maxwell la colonne vertébrale est un système instable tel un crayon posé sur la pointe. Pour maintenir une position verticale, la colonne va osciller en permanence autour d'une ligne de gravité initialement verticale. A l'occasion d'une perturbation de ce double mouvement oscillatoire permanent, la position d'équilibre ne sera plus la verticale, et la scoliose va se constituer.

Lorsqu'il existe une pathologie, le système oscillatoire est trop perturbé. L'équilibre est obtenu dans d'autres conditions, notamment par un élargissement important du polygone de sustentation (Mackay, 1977).

La scoliose de moins de 25° est une des applications de la théorie du chaos au rachis, l’autre application est la lombalgie.

En effet, le rachis est un système :

- ouvert, la verticalité permet des échanges permanents avec l’extérieur (voir biomécanique de la verticalité)

- imprévisible (effet papillon). En 1972, Edward Norton Lorenz publie la communication la plus citée de la théorie du chaos : « Est-ce-qu’un vol de papillon au Brésil peut provoquer une tornade au Texas ?». L’imprévisibilité des phénomènes chaotiques résulte d’une sensibilité extrême aux conditions initiales. C’est le cas de la scoliose de moins de 25° dont nous sommes pour un enfant précis incapables de prédire l’évolution.

- complexe (multifactoriel). La scoliose est un symptôme multifactoriel, toutefois aucun des éléments caractéristiques d’une scoliose évolutive telle que le dos plat, la rotation, l’hyper laxité, les troubles de l’équilibre... ne constitue un critère évolutif, même avec l’apport de l’ordinateur.

- discontinu (seuil) L’évolution d’une scoliose est non linéaire et nous avons décrit avec

Stagnara des discontinuités ou seuils.

- déterministique (non dû au hasard). Le dos plat est caractéristique d’une scoliose évolutive dysplasique, toutefois de nombreux patients présentent un dos plat sans scoliose.

- modélisable (4ème dimension fractale). Benoît Mandelbrot remarque qu’un point n’est pas toujours dans un espace à 3 dimensions. Mathématiquement il existe des chiffres après la virgule

correspondant à la dimension fractale. La valeur décimale varie comme l’intensité de la déformation selon chacune des directions de l’espace. Cette 4ème dimension ou dimension fractale de déformation ne correspond plus à une continuité visible dans notre espace à 3 dimensions plus le temps. C’est le chaos apparent, mais en réalité les causes sont continues.

Si l’on remplace le temps par cette 4ème dimension il est possible de visualiser la plupart des systèmes de notre corps : cerveau, os, bronches, tube digestif à l’aide d’une formule mathématique.

- interphasé (la puberté est le passage de la phase enfance à la phase adulte). La dimension chaotique intervient à l’interphase entre le liquide et le solide comme par exemple le flocon de neige ou la côte de Bretagne. La puberté, caractéristique de l’homo sapiens qui permet de gagner 3 ans sur une croissance linéaire est un changement de phase entre l’enfance et l’âge adulte. C’est à cette période que surviennent la plupart des pathologies que nous étudions aujourd’hui.

Discussion

La théorie du chaos est très utilisée en sciences humaines et depuis plusieurs années en médecine. On peut compléter l’approche réductrice anatomique favorisée par le développement de l’imagerie médicale par une approche chaotique ou l’être vivant fait partie d’un système dynamique qui interagit avec l’environnement.

Biomécaniquement, le rachis est un système instable qui se déforme dans le temps jusqu’à son effondrement ou jusqu’à son évolution vers un nouvel état de stabilité. Il s’agit en outre d’un système qui ne revient pas à sa position d’équilibre initial après l’application d’une contrainte

déformante.

En pratique l’approche chaotique est fondamentale. Par exemple, il est vrai qu’une altération d’un capteur podal peut être le vol de papillon qui va provoquer la tornade scoliotique, mais en sens inverse on ne peut prétendre traiter une scoliose par une semelle orthopédique, pas plus que l’on ne va éviter la tornade par une chasse aux papillons au Brésil. Le traitement étiologique de la scoliose chaotique n’a pas de sens.

Le deuxième problème est celui du début du traitement. Le traitement dès la première consultation à une angulation inférieure à 20° a pour conséquence le risque de traiter une scoliose non évolutive sans la possibilité de diminuer l’angulation de la courbure. En effet tous les essais de traitement préventif avec objectif 0 ont été des échecs. En dehors de quelques cas que l’on montre volontiers dans les congrès médicaux, il est admis que le traitement orthopédique conservateur permet au mieux d’éviter l’aggravation de la scoliose après 11 ans. Le cartilage de croissance n’est pas assez actif pour restaurer un corps vertébral rectangulaire. Si l’on décide d’attendre, on court le risque de voir la scoliose s’aggraver et de subir le regard réprobateur de la mère. Il faut donc bien expliquer les enjeux dès la première consultation.

RÉFÉRENCES

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