Composition du disque intervertébral

NP et de ses parois fibreuses. Certaines fibres de l’annulus traversent complètement la plaque cartilagineuse pour gagner l’assise sous chondrale. L’épaisseur des plaques varie : elles sont plus fines au centre avec environ 1 mm d’épaisseur et s’épaississent en s’approchant des bords où elles se confondent avec les fibres de l’AF [5, 39].

1.2. Composition du disque intervertébral

Le DIV est la plus grande structure non vascularisée du corps humain, il est de plus très faiblement innervée. Le DIV est composé de Matrice ExtraCellulaire (MEC), d’eau et de cellules.

1.2.1. La Matrice ExtraCellulaire (MEC)

La MEC, est composée de macromolécules produites par des cellules dans l’espace extracellulaire. La MEC est constituée majoritairement de collagène et des protéo-glycanes (PG).

1.2.1.1. Les protéoglycanes (PG)

Les PG sont des macromolécules composées d’une protéine centrale porteuse sur laquelle sont greffées, par liaison covalentes, des chaines de glycosaminoglycanes (GAG) (figure 1.7).

Les GAGs sont de longs polymères non ramifiés composés de chaines répétitives de disaccarides. Ces molécules ont une haute densité de charges négatives en rai-son de la présence de groupes de sulfate et/ou carboxyles permettant d’attirer les molécules d’eau. Ce caractère hydrophile du PG engendre une pression osmotique dans le disque qui contrebalance la pression hydraulique résultant du chargement mécanique.

L’agrécane est le PG le plus abondant au sein de DIV, avec des masses moléculaires allant de 3 à 7 millions de Daltons5. Cette grande disparité de taille est liée au nombre de molécules qui participent à l’agrégat. Les agrégats formés, sont composés d’une chaine unique d’acide hyaluronique à laquelle sont liés jusqu’à cent monomères. Ils contrôlent la porosité du tissu en jouant un rôle fondamental dans le maintien du niveau d’hydratation du disque.

D’autres protéoglycanes plus petits comme la décorine, la biglycane, la fibromoduline et le lumicane, sont également présents dans le DIV.

5. Dalton (Da) : Unité de mesure standard de masse des atomes. Utilisé généralement en biologie et en biochimie. Un dalton est défini comme égal à 1/12 de la masse d’un atome de carbone 12.

Chapitre 1 Anatomie, Biologie et Biomécanique du Disque Intervertébral

Figure 1.7.: Schéma d’un agrégat de protéoglycanes discale [5]

1.2.1.2. Le collagène

Le collagène est la principale protéine de structure de l’organisme. Il est fibreux et comporte une famille d’au moins dix-sept protéines différentes. Ces types de pro-téines sont différenciés par leurs caractéristiques structurales. Le DIV est composé principalement de collagène type I avec une prédominance dans l’annulus externe (AE), et de type II avec une prédominance dans le NP et les PCV. Les collagènes de type I et II forment des fibrilles qui sont beaucoup plus fines dans le noyau (environ 0.05µm de diamètre) que dans l’annulus (0.1 à 0.2µm de diamètre). Ces fibres de collagènes sont organisées de manières différentes dans chaque région du disque : – elles s’orientent d’une manière aléatoire dans le NP, formant un réseau lâche

pié-geant le PG,

– elles forment des lamelles parallèles entre lesquelles s’enchâssent les PG dans l’AF, – aux limites, entre NP et AF, les fibrilles du NP fusionnent avec les lamelles

concen-triques internes de l’AF,

– elles sont disposées parallèlement au corps vertébral dans le PCV.

La proportion de collagène de type I diminue progressivement de la périphérie de l’annulus vers l’intérieur au profit de collagène type II. Ces fibres de collagènes confèrent au disque ses propriétés de résistance aux contraintes mécaniques et aux dégradations enzymatiques, l’ancrent aux corps vertébraux et maintiennent les cel-lules et les PG dans la MEC.

La Matrice ExtraCellulaire du NP

La MEC du NP est composée essentiellement de PG, 50% de poids sec du NP, et de fibre de collagène de type II (80%). La majorité des PGs du NP forme des agrégats. Des petits PG existent également (décorine, biglycans, fibromodulin et lumicane). La composition de la MEC du NP varie avec l’âge.

1.2 Composition du disque intervertébral

Le NP est fortement hydraté. En effet il contient près de 90% d’eau chez l’enfant, 80% d’eau chez l’adulte et 70% d’eau (parfois moins) chez les personnes âgés. Le NP présente une très grande affinité pour l’eau. Lorsqu’il est chargé mécaniquement, le nucleus se déshydrate et diminue de volume. Inversement, au repos, le disque se réhydrate et peut réabsorber jusqu’à 10% de son volume. Ces mouvements d’eau sous l’effet des contraintes mécaniques appliquées sont principalement liés aux charges électronégatives de PG [5, 40].

LA Matrice ExtraCellulaire de l’AF

L’AF possède une MEC constituée de fibres de collagène, essentiellement de type I et II. Ces fibres sont organisées en lamelles concentriques et parallèle, orientées alternativement à ± 30° par rapport au plan axial du disque ce qui donne à l’AF une structure entrecroisée et renforcée (figure 1.6). Entre ces lamelles sont enchâssées les cellules de l’AF.

Les lamelles, faiblement unies entre elles, peuvent se mobiliser séparément permet-tant une variation de l’angulation entre les faisceaux de fibres de deux lamelles adjacentes. La partie postérieure de l’AF semble moins résistante du fait de sa structure, en effet ces lamelles sont moins nombreuses et contiennent d’avantage de fibres discontinues ou incomplètes que les lamelles antérieures [4, 5, 41, 42].

1.2.2. L’eau

Le DIV est un fibrocartilage, qui, lorsqu’il est sain, est composé d’environ 70 à 80 % d’eau. La teneur en eau dans le DIV est due principalement à la présence de collagène et de PG [37, 43].

Le contenue hydrique du DIV varie selon l’âge et la région considérée[11]. Il varie également en fonction de la charge à laquelle le DIV est soumis. L’hydratation est maximale dans le noyau où la proportion relative de l’eau s’élève à 85% de la masse totale du tissu (chez un jeune adulte humain normal). Cette proportion décroit à travers l’annulus, pour s’établir à environ 70% dans l’AF. Dans les PCV, elle est de l’ordre de 55% [16, 44].

Le tableau 1.1 résume les proportions relatives des trois composantes principales du DIV d’un jeune adulte. Ces valeurs varient selon l’âge du sujet et le degré de dégénérescence du disque considéré.

Table 1.1.: Composition du NP et de l’AF [11]

Composition du NP Composition de l’ AF Eau 80 à 85 % du poids total 60 à 70 % du poids total Collagène 30 à 35 % du poids sec 50 à 60 % du poids sec Protéoglycanes 60 à 65 % du poids sec 20 % du poids sec

Chapitre 1 Anatomie, Biologie et Biomécanique du Disque Intervertébral Le tableau 1.2 donne le contenu en eau dans les zones structurelles caractéristiques du disque intervertébral.

Table 1.2.: Contenu en eau dans le DIV [16]

Zones Volume d’eau (%)

NP 79.2±1.8

AI 74.4±1.6

AE 66.4±1.8

NP : nucleus pulposus ; AI : annulus fibrosus interne AE : annulus fibrosus externe

1.2.3. Les cellules

Le DIV humain contient peu de cellules. Elles ne représentent que 1% du volume du disque. En effet la densité cellulaire dans l’AF est de l’ordre de 9000/mm3, 3000/mm3 dans le NP et 15000/mm3 dans le PCV. Mais leur rôle est vital, puis-qu’elles produisent à la fois les composants de la MEC et les agents de sa dégradation [38, 45, 46].