Évolution du tissu osseux avec l’âge

Les parties précédentes nous ont permis de voir quelles sont les caractéristiques principales de l’os. Lorsqu’on compare les résultats de la littérature concernant les propriétés des os, on constate qu’il existe une grande dispersion dans les données disponibles. Ceci s’explique par la variabilité biologique et expérimentale (voir Annexe A). Parmi les facteurs biologiques ayant une influence sur les propriétés des os, l’âge a été particulièrement étudié. Dans cette partie, nous verrons quels sont les mécanismes de dégénérescence osseuse et comment les propriétés de l’os évoluent en fonction de l’âge.

1.1.4.1 Perte osseuse

Tout au long de l’existence, l’os est renouvelé en permanence. Ce processus, appelé remodelage osseux, permet une régénération de l’architecture osseuse par résorption et apposition locale de l’os. Ce processus permet au squelette de s’adapter afin d’offrir une résistance maximale aux

contraintes mécaniques en évitant une trop grande augmentation de la masse osseuse [25]. Il permet aussi de réparer les micro-fractures du tissu osseux et maintient donc l’intégrité du squelette.

Ce processus, s’il est trop déficitaire, conduit à une perte osseuse trop importante et à l’ostéoporose. La définition de cette pathologie est la suivante [26] :

« L’ostéoporose est une maladie systémique du squelette caractérisée par une masse osseuse basse et une détérioration de l’architecture osseuse ayant pour conséquence une fragilité osseuse accrue pouvant conduire à des fractures ».

La composition de la matrice reste normale mais les travées deviennent plus fines et leur nombre diminue, tandis que les espaces inter-trabéculaires augmentent. La masse osseuse se trouve réduite et les os deviennent plus poreux et plus légers. L’os est moins résistant et les risques de fracture augmentent. Cette perte osseuse est en partie due à une moins bonne absorption du calcium et de la vitamine D. La perte osseuse survient “silencieusement” et progressivement : la première fracture n’est en général précédée d’aucun symptôme. Certaines fractures sont caractéristiques de l’ostéoporose : poignet, fémur, vertèbre. Les risques sont aussi plus élevés pour les femmes ménopausées (en raison d’une baisse du taux d’hormones sexuelles). En effet ces hormones limitent l’activité des ostéoclastes (l’oestrogène inhibe la production par les ostéoblastes d’un facteur qui active les ostéoclastes) et favorise le dépôt de nouvelle matière osseuse [25]. Les femmes perdent 40% de leur masse osseuse entre 20 et 80 ans, contre 27% pour les hommes [11]. L’ostéoporose est aussi plus fréquente après un alitement prolongé.

Plusieurs facteurs peuvent encourager cette maladie (cette liste n’est pas exhaustive): • l’âge

• l’hérédité

• les maladies (hyperthyroïdie, diabète, maladie de Cushing)

• l’alimentation (carence en calcium, vitamine D, régime hyperprotéique) • la morphologie (grande taille, maigreur)

• une activité physique réduite ou trop intense

• l’alcoolisme et le tabagisme (réduction du taux d’oestrogènes) • certains médicaments (les corticoïdes)

Il existe deux types d’ostéoporoses [26] :

• L’ostéoporose de type I, dont les manifestations apparaissent entre 50 et 70 ans. Elle est 6 fois plus importante chez les femmes que chez les hommes. L’ostéoporose post-

ménopausique en compose la plus grande partie. Elle touche plus spécifiquement l’os

trabéculaire.

• L’ostéoporose de type II est une ostéoporose sénile, touchant les plus de 70 ans. Elle est deux fois plus importante chez les femmes que chez les hommes. Elle touche l’os cortical et l’os spongieux, et s’explique par la perte osseuse due au vieillissement.

1.1.4.2 Évolution des caractéristiques mécaniques avec l’âge

Une revue de la littérature a été réalisée afin de recenser l'ensemble des données disponibles sur l'évolution des propriétés mécaniques de l'os en fonction de l'âge. Ces informations sont disponibles en annexe C de cette thèse. Pour plus de clarté, ces données sont classées selon le type d'os étudié (cortical/trabéculaire), ainsi que selon le type de sollicitations effectuées. Nous ferons ici un récapitulatif des tendances observées.

• Os cortical

La contrainte maximale de l’os cortical en traction a fait l’objet de plusieurs études. Les résultats sont similaires: la contrainte maximale augmente jusqu’à 20-30 ans, se stabilise puis diminue à partir de quarante ans environ. Par contre, on constate une grande dispersion des données : les résultats de Wall et Chatterji [27] sont compris entre 70.9 et 97.9 MPa tandis que les valeurs obtenues par Burstein et coll. [18] sont comprise entre 120 et 170 MPa. Ceci peut s’expliquer par le taux de déformation, plus élevé pour les tests de Burstein que pour les tests de Wall. Les différences observées peuvent aussi s’expliquer par l’origine des spécimens utilisés (l’os utilisé mais aussi la localisation des échantillons au niveau de l’os).

Le bilan pour la déformation maximale est similaire : le maximum est atteint pour 30 ans environ, la déformation diminue ensuite avec l’âge. En revanche cette diminution n’est pas toujours identique : entre 20 et 70 ans, Yamada [19] observe une diminution relativement faible de ce paramètre (13%), alors que McCalden et coll. [28] observent une diminution de 47%. Les études présentant l’évolution du module d’Young en fonction de l’âge sont plus rares. Seuls les travaux de Burstein et coll. [18] permettent de constater que, pour les échantillons provenant du tibia, il y a une légère diminution du module d’Young en fonction de l’âge. Pour le fémur, on constate aussi une diminution de ce paramètre, excepté pour le dernier groupe d’âge, qui présente un module d’Young très élevé. Ceci peut s’expliquer par le faible nombre d’échantillons pour cette catégorie d’âge comparé aux autres groupes d’âge.

Le manque d’études concernant l’évolution du module d’Young en fonction de l’âge ne permet pas de conclure quant à l’évolution de ce paramètre.

En compression, il existe moins d’études. La contrainte maximale de l’os cortical diminue aussi avec l’âge, mais de manière moins marquée que pour l’os spongieux. La déformation diminue [29] ou reste stable avec l’âge [19]. Le module d’Young diminue ou reste relativement stable pour les sujets âgés de plus de 30 ans.

• Os spongieux

Pour l’os spongieux, l’essentiel des données trouvées dans la littérature portent sur les propriétés de l’os évaluées en compression.

La contrainte maximale et le module d’Young de l’os diminuent de manière significative avec l’âge. Ceci s’explique par la diminution de la densité minérale osseuse avec l’âge (voir Figure 1-8). En effet, il a été prouvé que la contrainte maximale et le module d’Young de l’os spongieux dépendent de la densité osseuse.

Figure 1.8 : Evolution de contenu minéral osseux en fonction de l’âge [30]

(image reproduite avec la permission de SAE papier N°861926 ©1986 SAE international)

En revanche, la déformation maximale reste stable [19, 31] ou augmente avec l’âge [32]. Des études ont montré que, dans le cas de l’os spongieux, la déformation maximale n’était pas liée à la densité osseuse [17].

La très grande dispersion qui existe entre les valeurs des différentes études s’explique en partie par l’origine des tissus testés (vertèbre, crête iliaque, fémur, tibia) et par les différences entre les protocoles utilisés par les différentes équipes.