Les articulations humaines
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Les articulations humaines plan • Anatomie hanche • Anatomie du genou • Tribologie articulaire • Remplacement prothétique Hanche normale Radiologie Les ménisques ne se voient pas en radiologie standard Genou normal Rappel anatomique : vues internes Le plan ligamentaire interne est constitué du LLI profond et du LLI superficiel avec, en arrière, le point d'angle postéro-interne (PAPI), qui est un renforcement capsulaire avec des fibres du tendon du semi membranosus. Le ménisque interne est accolé à toute cette capsule par son mur. Les tendons de la patte d’oie Stabilisateurs du genou en extension, ils sont rotateurs internes en flexion Rappel anatomique : vue externe Le plan ligamentaire externe est constitué par le LLE, qui va du condyle externe à la tête du péroné. Le point d'angle postéro-externe (PAPE) est une zone de renforcement capsulaire où arrivent des fibres des tendons du poplité (ligament poplité arqué) et du biceps. La corne postérieure du ménisque externe est attachée par les ligaments de Wriberg et de Humphrey. Face externe du genou (la bandelette de Maissiat a été excisée) Tendon du quadriceps Tendon du biceps Tendon rotulien Document F Bonnel Vue postérieure Le Point d ’Angle Postéro-Externe (PAPE) Jumeau externe Ligt péronéo-poplité Ligt poplité arqué Ligt fabello-péronier Poplité L’insertion du ligament externe sur le péroné Le tendon du poplité Vue antérieure Trochlée fémorale Plica infrapatellaire Ligament adipeux Rotule retournée Document F Bonnel LCA LCP LCA LCP Vue antérieure des ligaments croisés Vue postérieure des ligaments croisés Le ligament croisé antérieur s'insère sur la face interne du condyle externe et sur la surface pré spinale du tibia. Le ligament croisé postérieur est plus gros, il s'insère sur la face externe du condyle interne, en avant de l'échancrure et il s'insère en arrière sur le tibia, sur la surface rétro spinale. La stabilité du genou Le contrôle de la stabilité antérieure du genou est dû au LCA qui est le premier ligament à se rompre lors des sollicitations brutales postéro-antérieures. Les ménisques sont sollicitées ensuite. Le quadriceps, quand il se contracte, prend appui sur la tubérosité tibiale et sollicite le LCA, il exagère donc le tiroir, quand le LCA est rompu. La contraction des ischio-jambiers, au contraire, stabilise le tibia en arrière. Les mouvements anormaux qui résultent de cette translation mal contrôlée, entraînent des lésions secondaires des ménisques et des cartilages, par cisaillement. Pour se résumer • La hanche : articulation sphéroïde : la stabilité est naturelle. • Le genou : articulation glénoïde : la tenue est dévolue aux ligaments • Dans tous les cas la capsule , les ligaments et les muscles jouent un rôle essentiel Tribologie articulaire • Un domaine complexe • D’une grande efficience • La friction articulaire n’est pas reproductible artificiellement • Cartilage : • • • • Proteoglycan : pression osmotique Liquide articulaire : eau , acide hyaluronique Joue un rôle d’éponge : pression de fluide Équilibre de Donan entre deux milieux de concentration ionique différents. TRIBOLOGIE DES SYTEMES OSTEOARTICULAIRES PROTHETIQUES - Aspect Mécanique - Elasticité (contraintes de contact) -macroscopique -rugosité - Mécanismes d'usure - Lubrification -Essais tribologiques -bancs d'essai -simulateurs Aspect Biologique -Réaction aux produits de dégradation Contraintes de contact Pression de contact zone de contrainte de cisaillement maximale (sous la surface) Position du point de contrainte de cisaillement maximale Sans glissement Avec glissement Usure adhésive Les surfaces réelles ne sont pas parfaitement lisses. Le contact se produit dans une zone dont la surface est plus petite que la surface théorique. Au niveau du contact, les deux surfaces adhèrent Durant le déplacement il y a séparation et destruction de la zone d'adhésion Mécanique 1 Diffusion 2 Electronique 3 Chimique 4 Usure abrasive Une des surfaces est beaucoup plus dure que l'autre. Les aspérités de la surface "dure" pénètrent dans la surface "molle". Durant le déplacement la surface "molle" est très déformée et des débris sont arrachés. Variante: usure à 3 corps Les débris sont piégés à l'interface et remplacent les aspérités 1 2 Matériau ductile 3 4 Matériau fragile Zone de contact répété Usure par fatigue de surface chargements mécaniques alternés zone en déformation plastique création d'une micro-fissure propagation de la fissure vers la surface création d'un défaut Lubrification f frottement statique Courbe de Strybeck frottement frottement limite sec portance hydrodynamique ? début et fin de cycle (v 0) en cours de cycle de la marche v>0 pxv La première question • Facteurs limitant de la durée de vie des prothèses implantées? Historique Gluck 1932 Judet 1947 Mac Kee Farrar : 1957 Époque moderne : 1963 Le couple de frottement métal/polyéthylène Le ciment La tige fémorale • Tige de Charnley : une taille, acier , lisse cimentée • Fonctionne mais , fracture du ciment , de la tige . Le pari • Introduire un matériel étranger pour toujours • Sans limiter l’activité Donc deux notions 90 80 • L’espérance de vie 81,8 73,7 70 62,5 60 men femmes 54,7 50 43,2 36,3 40 34,1 28 30 25 19,7 20 10 0 0 • L’activité • Liée à l'âge • Au profil personnel 20 40 50 60 Plus le sujet est jeune et actif • Plus les risques sont grands • Usure • Fracture • Aboutissant à des descellements • Plus l’exigence est grande • Activité normale • Sports • Travail • Sexe , grossesses , etc Pourquoi met on une prothèse • Douleurs • Raideurs • Boiterie • Liées à des maladies • • • • • Arthrose Traumatisme Nécrose de la tête du fémur Malformations congénitales Etc… Ce n’est pas une intervention préventive • Le nombre de prothèse par an • En France : 150000 (2013) • Aux USA : 500000 • En Ukraine : 5000 (population 45000000) Méthodes d’évaluation • Taux d’échecs • Indices de satisfaction • Nombre de complications • La seule méthode : le registre Swedish Registry : OA, all implants Me/PE 100 Cemented 100 95 % Not Revised % Not Revised 95 90 85 80 75 1979-1987 1988-1998 1992-1998 90 85 80 75 1979-1987 1988-1998 1992-1998 2 4 6 8 10 14 Years Post-Op Uncemented 18 2 4 6 8 10 14 18 Years Post-Op Overall improvement : design, materials, surgery Swedish Registry : OA, patients< 55, Me/PE 100 Males 1979-1987 1988-1998 1992-1998 1979-1987 1988-1998 1992-1998 95 % Not Revised % Not Revised 95 100 Females 90 90 85 85 80 80 75 75 2 4 6 8 10 14 Years Post-Op 18 2 4 6 8 10 14 18 Years Post-Op Younger Patients : No improvement (osteolysis) Les questions posées dans les années 70 • Fractures des tiges? • Maladie du ciment? • Maladies des débris? De nombreux sujets de recherche • Matériaux • Relation matériaux/tissus vivants • Biomécanique • Biologie de l’os • Études économiques • Et aussi : • Douleur • Confort Pluridisciplinaire L’articulation normale est un système complexe • Fonction tribologique • Fonction amortissement Fonction support mécanique Stabilité Mobilité • • • • Liquide synoviale +cartilage • Os spongieux • Os cortical • Capsule et Ligaments • Muscles La prothèse assure trois fonctions • La fonction support • La fonction tribologique • Ajoute une fonction ancrage • Matériaux métalliques • Couples de frottement • Ciment ou sans ciment Ce qu’il faut comprendre • Le biomatériau va se dégrader • Corrosion (des métaux) • Vieillissement (des plastiques) • Détérioration mécanique (débris , fissures, fractures) • L’organisme va se modifier • Positivement : adaptation tissulaire au nouveau régime des contraintes • Négativement : réactions inflammatoires , mort cellulaire , toxicité locale ou générale Interactions Implant/Os Tissus Biologiques Biomatériau Dégradation Milieu corrosif chimique, électrochimique enzymatique, cellulaire Contraintes mécaniques cycliques élevées Dégradation mécanique Réactions de Bio(in)compatibilité Pdts de dégradation : ionique, particulaire Remodelage osseux Modif du régime de contraintes mécaniques physiologiques résorption/apposition Usure, rupture, fatigue Modification tissulaire de l ’interface > Descellement Les domaines d’étude • Couple de frottement : alumine alumine • Le remodelage de l’os en fonction des contraintes Le couple alumine/alumine • Inventé par Pierre Boutin • Diminue d’un facteur 5000 la quantité des débris • Autorise donc une activité soutenue • L’implantation chez des sujets jeunes • Sans limitation de l’activité Iann Clarke (Bioceramics 14 nov. 01) Autres données du laboratoire (UMR CNRS 7052) • Tolérance biologique • Identification des débris • Dosages d’enzymes et de facteurs de croissance • Profils d’usure Identification des débris UHDPE 0317 9KV ZrO2 10 µm Al2O3 WD 7 Ti6AlV4 Augustin C Met Al vaisseau TCMasson x 40 Augustin C Al Vessels fibrotics Anti-Col-I x 40 Met Depuis 1997 : sans ciment HA: 80m • Alliage de titane rugueux +HA • Insert en surplomb • Angle : 5°40’ 32 mm • Tête 32 mm . Certaines 28mm Mr P. 50 and 49 : 30 years follow up : 18A no osteolysis Long term results without revision University Paris 7 Caracas 2010 le genou est très différent de la hanche • Surfaces non conformes • La conformité est assurée par les ménisques • La stabilité par les ligaments • Augmentation très importante des remplacements articulaires dans le monde • Vieillissement de la population • Obésité • Pays asiatiques ou musulman Les prothèses du genou ne donnent pas le taux de satisfaction des pth • 50% de satisfaits/92% • 10 % de réopérés à 10 ans mais 27% chez les moins de 60 ans • Sensibilité ++ à l’obésité 2 prothèses sont considérées comme le « Gold standard » chacune dans sa catégorie (reculs > 20 ans) • Prothèse cimentée d’Insall « Total condylar » • • • • Brassard MF, Insall JN et al. Clin Orthop 2001 Gill GS et al. Clin Orthop 1999. J Bone Joint Surg 2001 Rodriguez JA, Bhende H, Ranawat C. Clin Orthop 2001 Pavone et al Clin Orthop 2001 120 PTG survie : 91% à 23 ans • Prothèse non cimentée « LCS New-Jersey » • Buechel FF Sr, Buechel FF Jr, Pappas MJ, D’Alessio J. Twenty-year evaluation of meniscal bearing and rotating platform knee replacements. Clin Orthop 2001 Courbes de survies comparables Mais plateau tibial différent : - « tout polyéthylène » pour la première - Rotatoire «metal-backed» pour la deuxième D’autres on pensé améliorer la friction par le plateau mobile Prothèse LCS Matériel ancillaire • 14 years post op Autres prothèses • Épaule • Coude • Mains • Cheville
