Du fait des contacts établis avec l’animalerie de Nîmes et du travail d’expérimentation de pose de dispositifs implantables ou de médicaments par des médecins de l’université de Nimes ou de Montpellier, le choix a été fait de se greffer à ces expérimentations pour récupérer des colonnes vertébrales de porc. Il est alors légitime de se questionner sur la per-tinence scientifique d’étudier un organe animal et non humain. De ce fait, une comparaison entre le modèle animal et le modèle humain doit être faite.
Cette comparaison doit être réalisée à la fois sur la fonction des organes telle qu’elle est perçue par la communauté scientifique, mais aussi par les aspects anatomiques et dans notre cas mécaniques.
L’ensemble de la communauté biomécanicienne et médicale semble se rejoindre sur la fonction du disque intervertébral et ce quelque soit le modèle étudié. Le disque interverté-bral est perçu comme un élément apportant à la fois de la mobilité à l’ensemble du tronc tout en ayant des fonctions stabilisatrices et d’amortissement.
D’un point de vue anatomique, les études de [Busscher et al., 2010,
Yingling et al., 1999, Beckstein et al., 2008] se sont appliquées à comparer les di-mensions des disques de porc et d’humain. Les travaux de [Busscher et al., 2010] observent une hauteur discale plus grande chez l’humain dans les régions thoracique et lombaire alors que les disques cervicaux de porc ont une hauteur plus importante. Il est à noter que la largeur discale est inférieure chez le cochon puisqu’elle évolue de 20,2mm à 28mm alors que chez l’humain elle est située dans l’intervalle 27,7-54,0 mm. De plus, la dimension
antéro-postérieure est constante tout le long de la colonne chez le cochon, entre 14,1 et 14,4 mm alors qu’elle à tendance à augmenter des cervicales aux lombaires chez l’humain de 16,5 à 36,7 mm. Dans l’ensemble, on observe des dimensions relativement identiques dans la zone cervicale et un accroissement des différences en direction de la zone lombaire. Cependant, si on ne se limite pas à des valeurs absolues mais à des ratio des dif-férentes dimensions, les disques de porc et d’humain présentent de fortes similitudes. [Busscher et al., 2010] observent un rapport entre la hauteur et la largeur discale rela-tivement identique pour les deux espèces et situé dans l’intervalle [0,1 - 0,2]. Pour les disques lombaires humain, le rapport distance antéro-postérieure sur largeur est de l’ordre de 0,7 à l’âge adulte selon les observations de [Taylor, 1975] et de 0,67 selon les travaux de [Beckstein et al., 2008] (voir figure 1.14 pour une comparaison qualitative de la forme du disque intervertébral d’humain et de cochon). Cette dernière étude observe également un rapport identique chez le cochon alors que l’étude de [Busscher et al., 2010] observe un rapport de 0,7 dans la zone cervicale et de 0,5 dans la zone lombaire. Il est à noter que dans ces travaux de thèse, le même rapport a été évalué à une moyenne de 0,6.
(a)Disque d’humain (b)Disque de cochon
Figure1.14 – Comparaison morphologique du disque humain et du disque porcin. [Beckstein et al., 2008]
L’étude de [Smit, 2002] se concentre à la fois sur le chargement mécanique de colonnes vertébrales humaines et de quadrupèdes, et quantifie la densité osseuse dans ces derniers. Cette étude modélise la colonne vertébrale de quadrupède comme une poutre ayant une charge répartie équitablement sur sa face supérieure, représentant ainsi le poids de l’en-semble du corps, et deux charges locales sur sa face inférieure pour prendre en compte la reprise de charge par les pattes. De ce fait, le moments de flexion agissant sur la colonne vertébrale de quadrupède est à son maximum à la jonction des vertèbres cervicales et tho-raciques, et est de l’ordre de 30 Nm. Or, les travaux de [Wilke et al., 1997] montrent qu’un moment fléchissant de 7,5 Nm appliqué aux extrémités du segment thoraco-lombaire de mouton ex vivo entraîne une flexion globale de 50˚. [Smit, 2002] en déduit qu’un effort axial important est produit par la musculature et les ligaments de quadrupède sur l’en-semble de la colonne vertébrale afin de garder cette dernière relativement droite. De ce fait, la colonne vertébrale de quadrupède subit un chargement axial qualitativement identique
à l’humain. De plus, [Smit, 2002] a étudié la microarchitecture trabéculaire des vertèbres de quadrupède tout en se référant à la loi de Wolff. Les trabécules sont orientées d’un pla-teau cartilagineux à l’autre tout comme pour les vertèbres humaines [Smit, 2002]. La loi de Wolff laisse aussi penser que les vertèbres sont majoritairement sollicitées en compression axiale. Enfin, les données de pression interne dans le nucléus in vivo pour un porc couché sont de l’ordre de 0,08 MPa [Ekström et al., 2004] et sont comparables quantitativement aux données humaines.
De plus, les études de [Beckstein et al., 2008] et [Showalter et al., 2012] montrent un comportement mécanique des unités fonctionnelles vertébrales qualitativement identique en compression et en torsion tout en mettant en évidence une rigidité plus forte du modèle animal porcin (voir figure 1.15 pour la comparaison du comportement mécanique). Ces mêmes études montrent une évolution identique de la quantité de collagène, de glycosa-minoglycanes et de teneur en eau dans les trois zones du disque intervertébral (le nucléus, l’annulus interne et externe) entre l’homme et le modèle porcin. Cependant, la teneur en collagène est plus importante chez le modèle porcin alors que la teneur en glycosaminogly-canes est plus faible.
(a)Essai de compression. Courbe
contrainte - déformation
[Beckstein et al., 2008]
(b) Essai de torsion, courbe couple
-rotation. [Showalter et al., 2012]
Figure 1.15 – Comparaison du comportement mécanique d’une unité fonctionnelle vertébrale entre l’humain et les animaux.