La scoliose constituant notre principal sujet de recherche, l’objectif a été de développer un modèle expérimental de segment intervertébral scoliotique permettant d’étudier les conséquences mécano-biologiques locales de la déformation.
Il a été décidé de créer une épiphysiodèse asymétrique par un montage rigide grâce à un vissage bi-pédiculaire unilatéral relié par une barre métallique indéformable. L’instrumentation étant réalisée chez des cochons jeunes à l’âge de 4 semaines, la croissance du segment vertébral instrumenté a permis de générer des forces en compression asymétriques. Les résultats macroscopiques obtenus ont été satisfaisants en terme de diminution de hauteur de vertèbre et de pincement discal. La persistance de cartilage de croissance à l’âge de 4 mois nous a rassuré quant à la conservation du potentiel de croissance local. Les résultats obtenus ont montré une diminution très significative en terme de perméabilités au niveau des étages instrumentés ; cette diminution prédominant du côté de la pince. Ces résultats ont été de plus concordants avec la littérature reliant les déformations vertébrales avec la perméabilité et la dégénérescence discale 8,23,29,37,49,132,142,153. Cependant, l’analyse des données micro – TDM a fait apparaître un phénomène parasite. La rigidité du montage pontant la majorité des contraintes a été associée à une ostéopénie locale que seule une forte croissance locale avec les forces de compression associée pouvait contre-balancer. Sans la croissance rachidienne, ce modèle aurait été en effet limité à un simple modèle d’immobilisation rachidien 74 induisant une ostéoporose locale 16,45,80.
La deuxième étape de notre étude expérimentale a fait appel à un modèle animal porcin de scoliose mis au point à l’ENV de Lyon, par l’équipe du Pr Eric Viguier associant les Drs Thierry Odent et Thibault Cachon. L’analyse 3D de la déformation macroscopique des rachis instrumentés a confirmé l’obtention d’une véritable scoliose expérimentale et la pertinence du modèle. Notre étude a
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permis d’étudier l’influence des efforts mécaniques sur les paramètres biomécaniques et architecturaux locaux. Nous avons retrouvé une diminution de la perméabilité vers le sommet de la courbure, c'est-à-dire les lieux où les efforts sont concentrés, même s’il n’est pas apparu de différence significative entre la convexité et la concavité de la courbure.
L’analyse des données micro – TDM de l’os sous-chondral, beaucoup plus influencées par les contraintes mécaniques, a fait apparaître des données complémentaires intéressantes concernant le remodelage micro-architectural de l’os spongieux vertébral. L’effet ostéogénique, secondaire aux efforts en compression, a été associé à une véritable réorganisation du réseau trabéculaire osseux.
La procédure chirurgicale utilisée dans ce modèle, minimalement invasive, laisse inviolée la zone sommitale qui possède le plus d’intérêt car elle concentre les anomalies biomécaniques et architecturales à étudier. Cependant, l’obtention de contre-courbures permet également une analyse des mêmes paramètres à ce niveau. De plus, il s’agit d’une technique « fusion-less » qui laisse au rachis tout son potentiel de croissance. Cela fait espérer l’étude de la réversibilité de la déformation macroscopique rachidienne mais également des modifications mécano-biologiques observées.
La perméabilité des plateaux vertébraux semble être une donnée « clé » pour la compréhension du comportement mécanique du disque intervertébral. D’elle, va dépendre les échanges de fluide entre les différents éléments mis en jeu dans la mécanique vertébrale, mais elle va aussi gouverner les échanges nutritifs ce qui va retentir sur l’homéostasie discale. Il faut désormais intégrer le fait que la perméabilité de ce tissu a un rôle très important dans le comportement physiologique et biomécanique des segments vertébraux. De plus, nous avons montré qu’il existait une hétérogénéité avec un centre du plateau plus perméable que la périphérie et dans certains cas une dépendance à la direction du flux 2. Ces deux paramètres peuvent induire la création de courants de circulation préférentielle entre le disque et le corps vertébral. La maturation squelettique est un facteur primordial dans l’évolution de la perméabilité diminue avec l’âge. Il existe toutefois d’autres
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phénomènes de transport qu’il sera nécessaire de prendre en compte dans des études à venir: phénomènes osmotiques et diffusion.
Nous nous sommes volontairement limités, dans ce travail, aux phénomènes mécaniques et à leur quantification : déformation macroscopique, perméabilité macroscopique et paramètres micro-architecturaux. La suite de l’analyse devra porter sur le versant biochimique, cytologique et biomoléculaire du disque (nucleus pulposus et annulus fibrosus) et des plateaux vertébraux au cours du développement de la scoliose. L’étude de phénomènes encore plus intimes tels que les signaux de transduction cellulaires mis en jeu sous l’influence des contraintes mécaniques, est également possible. Nous n’avons pas pu montrer de relation entre la perméabilité macroscopique et la micro-architecture trabéculaire sous-chondrale. Cette absence de corrélation illustre la complexité des phénomènes avec un rôle majeur joué par le réseau vasculaire vertébral 43,60,104 qui est peut-être un élément important pour expliquer la diminution ou l’augmentation de la perméabilité. Les effets angiogéniques de l’anoxie tissulaire sont connus, on pourra étudier l’influence des contraintes mécaniques sur le développement du réseau vasculaire. Des immuno- marquages et des traceurs, couplés à des études micro – TDM sont actuellement possibles 60.
L’ensemble de ces données biomécaniques, biochimiques et histologiques devraient permettent d’avancer dans la compréhension de la physiopathologie de la dégénérescence discale dans les pathologies rachidiennes, et notamment la scoliose. Le primum movens de la déformation n’est pas connue, cependant, ces notions nous permettent de comprendre l’enchaînement des évènements et les conséquences locales au niveau du disque et des plateaux vertébraux. En effet, grâce à ce modèle animal scoliotique et aux pistes de recherche originales que nous avons ouvertes, les possibilités de travaux sont maintenant nombreuses pour contribuer à la compréhension du phénomène scoliotique, mais également dans l’exploration des moyens pour le corriger.
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Annexe 1 :
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