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Introduction générale
es articulations subissent au fil du temps diverses agressions, qu’elles soient pathologiques ou mécaniques. Ces agressions vont, progressivement, détériorer la qualité des différents tissus articulaires et péri-articulaires, induisant des douleurs, des déformations et plus généralement une impotence fonctionnelle. Les pathologies atteignant les articulations portent les noms d’ostéoarthrite et d’ostéoarthrose.
Ces pathologies peuvent se présenter sous plus d’une centaine de formes différentes et apparaître à partir de l’âge de 16 ans [Lawrence et al., 1998]. Les atteintes rencontrées sont de type inflammatoire (ostéoarthrite : infectieuses, microcristallines, dysimmunitaires, réactionnelles, idiopathiques) ou non inflammatoire (ostéoarthrose : traumatiques, proliférations cellulaires, mécaniques). Cette notion d’ostéoarthrose non inflammatoire est discutable car dans le décours de la maladie, les micro-débris du cartilage provoquent à plus long terme une inflammation capsulaire et péri-capsulaire avec dans certains cas des délabrements articulaires.
Selon leur localisation, les agressions et l’expression des pathologies articulaires seront totalement différentes. Il est évident que les traitements proposés (conservateurs et chirurgicaux) seront fonctions du type d’atteinte articulaire. Dans de nombreux cas, l’évolution de la maladie nécessitera un traitement chirurgical plus conséquent afin de remplacer l’articulation par la pose d’une prothèse.
Dans le cas présent, nous étudierons les modifications des variables biomécaniques de l’articulation du genou (plus particulièrement du compartiment fémoro-tibial) après déviations1 tridimensionnelles du membre inférieur.
Actuellement, l’apparition d’une gonarthrose pose parfois encore question. Certains individus présentent des déviations du membre inférieur dans le plan frontal induisant un déplacement de l’axe mécanique et donc de la résultante des forces s’appliquant au sein de l’articulation. Ceci est décrit comme le facteur primordial pouvant provoquer l’apparition à long terme d’une gonarthrose latéralisée et/ou médialisée [Maquet 1972, 1980]. La problématique survient chez les individus présentant une gonarthrose sans déviation du
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membre inférieur dans le plan frontal. Quelques auteurs ont émis l’hypothèse qu’un trouble de torsion du membre inférieur était un facteur favorisant l’apparition d’une gonarthrose [Blaimont et al., 1977 ; Goutallier et al., 1997].
Les traitements proposés sont des ostéotomies tibiales soit fémorales (en fonction du site de déformation) ayant pour but de réalignement le membre inférieur dans le plan frontal. La littérature concernant ce sujet [Helou et al. 1988] nous indique que les résultats à long terme sont mitigés.
Blaimont mentionnait déjà en 1977 l’association d’arthrose fémoro-tibiale interne avec une torsion tibiale anormale supérieure ou égale à 20° sans déformation dans le plan frontal. Il s’est dès lors interrogé sur les effets éventuels de ce trouble de torsion. D’autres auteurs [Duparc et al. 1992;Eckhoff and Winter 1994; Moussa 1994;Takai et al. 1985;Turner 1994;Turner and Smillie 1981;Yagi 1994;Yagi and Sasaki 1986] et en particulier Goutallier en 1997 se sont penchés sur cette problématique.
L’hypothèse actuellement retenue par les auteurs précités est que l’apparition d’une gonarthrose serait due à une déformation ne siégeant pas dans le plan frontal mais bien dans les deux autres plans anatomiques et plus particulièrement dans le plan transversal.
Certains individus présentent en effet une gonarthrose latéralisée (ou médialisée) sans déviation dans le plan frontal.
La littérature relève peu d’études expérimentales objectivant les répercussions de ce type de troubles sur l’évolution des contraintes articulaires ainsi que sur la cinématique articulaire et les bras de levier musculaires. Actuellement, une seule étude publiée par Baillon [2006]
montre que l’ostéotomie tibiale haute réalisée in vitro dans le plan frontal induit des répercussions tridimensionnelles sur la cinématique articulaire du genou ainsi que des modifications des bras de levier des muscles de la cuisse.
Les études expérimentales traitant cette problématique se penchent principalement sur les déviations dans le plan frontal et sur l’évolution des zones de contact et des pressions exercées au niveau des glènes tibiales. Les résultats de ces études montrent clairement qu’ils sont contradictoires et ne répondent pas toujours aux théories du déséquilibre articulaire exposées par Maquet [1972].
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De plus, la littérature actuelle manque clairement d’information au sujet de la répercussion d’une déviation tridimensionnelle du membre inférieur sur l’évolution de la cinématique fémoro-tibiale ainsi que des bras de levier musculaires.
Au vu de ce manque de données expérimentales objectives ainsi que l’hypothèse d’un problème tridimensionnel osseux dans l’apparition à long terme d’une gonarthrose, nous nous sommes proposés d’établir un protocole in vitro standardisé permettant de mesurer et de quantifier la répercussion des déviations du membre inférieur lors d’un mouvement dynamique de flexion-extension du segment jambier.
Nous avons pour cela réalisé des déformations tridimensionnelles de l’extrémité distale du fémur et avons mesuré les déformations de jauges d’extensiométrie placées dans l’épiphyse proximale du tibia. Notons que pour ce point, une méthodologie originale a été développée afin d’obtenir la déformation de l’os sous-glénoïdien2 lors du mouvement de flexion du genou [Sobczak et al. 2011]. Nous avons étudié par la même occasion l’évolution de la cinématique de l’articulation fémoro-tibiale ainsi que l’évolution des bras de levier de certains muscles de la cuisse grâce à des méthodes d’évaluation validées dont nous disposons au sein de notre laboratoire.
Pour évaluer la cinématique articulaire et l’évolution des différents bras de levier musculaires, nous avons utilisé respectivement un électrogoniomètre à six degrés de liberté [Salvia 2004] permettant de définir le mouvement dans l’espace d’un solide grâce à la connaissance préalable d’un référentiel fixe [Van Sint Jan et al., 2002] et des ‘Linear Variable Differential Transformers’ (LVDT) permettant d’acquérir les variations des courses tendineuses [Spoor et al. 1992].
Le but de ce travail est d’appliquer, sur spécimens cadavériques, différents types de déviations dans les plans frontal, transversal et sagittal et d’étudier les variations éventuelles des différentes variables biomécaniques. Notre réflexion constitue en une réflexion inverse à la condition pathologique où dans ce cas, le membre inférieur est initialement désaligné puis réaligné dans le plan frontal. Nous espérons, par ce travail, améliorer nos connaissances et apporter aux cliniciens de nouvelles informations qui pourraient les guider dans leur réflexion par rapport à un acte chirurgical à proposer.
2 Dans ce travail, nous utiliserons le terme d’os ‘sous-glénoïdien’ car les déformations osseuses mesurées sont le
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Dans ce travail, nos questions sont les suivantes : Les modifications des déformations osseuses sont-elles proportionnelles à l’amplitude du désalignement appliqué ? Qu’apporte l’étude des déformations 3D dans la modification des paramètres biomécaniques évalués ?
Pour répondre à ces différentes questions, nous avons articulé notre travail autour de 8 chapitres.
Le premier chapitre définit l’alignement ‘normatif’ ainsi que les différents troubles d’alignement du membre inférieur dans les trois plans de l’espace.
Le deuxième chapitre apporte, grâce à la littérature, la connaissance des différentes méthodes de mesure des aires de contact et des pressions articulaires, de la quantification des bras de levier musculaires et de la détermination de la cinématique articulaire. Néanmoins, toutes ces méthodes seront décrites spécifiquement pour l’articulation fémoro-tibiale.
Le troisième chapitre fera état de l’utilisation actuelle de la jauge d’extensiométrie quant à l’étude des déformations osseuses et articulaires. Nous profiterons de ce chapitre pour décrire les différentes étapes du processus de développement de la chaîne d’acquisition permettant d’enregistrer les déformations de l’os sous-glénoïdien grâce à l’utilisation des jauges d’extensiométrie : depuis l’étalonnage, la reproductibilité des mesures et la validation du capteur créé. Ceci dans le cadre d’une utilisation in vitro.
Le quatrième chapitre présente la méthodologie générale utilisée dans le cadre de ce travail. Néanmoins, la méthodologie peut varier légèrement en fonction des différents travaux expérimentaux. Ces modifications seront exposées dans les chapitres expérimentaux.
Le cinquième chapitre est un premier chapitre expérimental où seront étudiés les effets d’un trouble de torsion du fémur sur les modifications des déformations de l’os sous-glénoïdien, de la cinématique de l’articulation du genou ainsi que des bras de levier musculaires des muscles de la cuisse.
Le sixième chapitre est un second chapitre expérimental qui se penchera sur les effets d’un trouble d’alignement du fémur dans le plan frontal sur les modifications des mêmes variables biomécaniques traitées dans le chapitre précédent.
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Le septième chapitre sera consacré à l’étude des effets d’un trouble d’alignement du fémur dans le plan sagittal sur les modifications des mêmes variables biomécaniques traitées dans les deux chapitres précédents.
Le huitième chapitre dresse le bilan des développements et des données recueillies lors de ce travail ainsi que des perspectives futures.
